连铸用金属复合尖晶石—碳耐火材料高温服役性能研究

作     者：郝娴 

作者单位：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 

学位级别：硕士

导师姓名：李红霞;刘国齐

授予年度：2022年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：尖晶石-碳材料 金属 抗热震性 抗侵蚀性 抗氧化性 

摘      要：随着高效连铸技术的发展,普通的尖晶石-碳耐火材料越来越难以满足实际浇铸的要求,通过调控石墨含量、粒度组成等手段协同提升抗热震性、抗侵蚀性等空间有限,服役寿命难以进一步提高,影响连铸的效率及铸坯质量。金属Al具有熔点低、塑性强、化学性质活泼等优点,不仅能提高材料的抗热震性、抗氧化性,而且在高温服役过程中,金属原位反应可在材料中形成陶瓷结合,改善材料的抗侵蚀性。因此,本课题聚焦抗热震性、抗侵蚀性和抗氧化性,将铝硅合金、铝镁合金与尖晶石-碳耐火材料进行复合,较系统地研究了合金添加量、种类及尖晶石原料等对材料显微结构与性能的影响,得出以下结论:(1)添加Al-Si合金可调控材料的性能。虽然Al-Si合金对常规性能如气孔率、体积密度影响较小,但随着合金含量的增加,可提高材料的高温抗折强度、浸钢热震后强度和抗氧化性,但抗侵蚀性降低。当Al-Si合金加入量为6 wt%时,材料的抗热震性、抗氧化性和高温抗折强度较高,且抗侵蚀性降低不显著,材料的综合性能较好。(2)改进了测量材料抗氧化性的方法,通过控制热重分析仪中空气流量,提高了氧化的均匀性和可控性,并研究了引入Al-Si合金后尖晶石-碳材料的氧化行为。结果表明材料在氧化初始期和后期分别化学反应控制和扩散控制,Al-Si合金可以影响材料内部的扩散,提高材料的抗氧化性。(3)由于烧结尖晶石密度低、气孔多,以其为原料制备的尖晶石-碳材料抗热震性优于以电熔尖晶石为主要原料制备的材料,但抗侵蚀性较差。(4)引入Al-Mg合金后,材料中的Mg与气氛中CO、CO、O反应生成Mg O放热,促进Al的碳热还原反应,生成较多量AlC纤维,可以显著提高材料的常高温抗折强度,但有可能导致材料出现水化;与引入Al-Si合金的材料相比,由于其不含Si,抗侵蚀性较好。