MgO作稳定剂的ZrO2-C系材料抑制钢水渗透的效果以及实际应用情况

ZrO2-C系材料因为具有很高的抗侵蚀性能,所以被广泛用于制作浸入式水口(SEN)。通常使用CaO作稳定剂的ZrO2的原料作为ZrO2-C材料的主料。然而,用CaO作稳定剂的ZrO2-C料存在一些问题,诸如钢水渗透和蚀损问题,尤其是浸入式水口(SEN)内表面的钢水渗透和蚀损问题。因此在使用ZrO2-C系材料时,防止钢水渗透是非常重要的。在本次研究中,假定钢水渗透是由ZrC的产生而引起的。我们发现使用MgO作稳定剂的ZrO2-C系材料能有效地防止ZrC的产生。根据这一结果,我们做了工业试验,在浸入式水口(SEN)内表面采用添加了MgO作稳定剂的ZrO2-C系材料,试验获得了良好的结果,水口没有出现钢水渗透和蚀损的现象。     

渣线用耐蚀性好的ZrO2—C材料

1 前言 渣线部位的熔损与浸入式水口内壁的氧化铝闭塞同样,是影响连铸用浸入式水口使用寿命的一大因素。 一般情况下,用于渣线部位的ZrO_2-C材料的熔损,是由于ZrO_2骨料与保护渣反应以及石墨反复熔于钢水中造成的。 为此,我们对影响ZrO_2-C材料熔损的主要原因进行了试验和研究。 本文所介绍的是以上述试验结果为基础,对ZrO_2-C材质的原料、粒度进行的研究,并开发出比以往材质耐用性好的材料。     

SiC抗氧化剂对CaO-ZrO_2-C耐火材料性能的影响

CaO -C耐火材料是冶金行业和陶瓷工业中最具有应用潜力的材料。在CaO -ZrO2 -C材料中加入少量的SiO2 并不生成低熔点相,因此,SiC也可以作为抗氧化剂应用在CaO -ZrO2 -C材料中。采用CaO -ZrO2 砂、鳞片状石墨、SiC为原料,把CaO -ZrO2 砂、石墨和SiC按75 2 0 5的比例湿混(用丙酮作介质) ,研究SiC抗氧化剂对CaO -ZrO2 -C耐火材料性能的影响。结果发现:SiC作为抗氧化剂加入到CaO -ZrO2 -C材料中时,可抑制碳的氧化,显著提高CaO -ZrO2 -C材料的抗氧化性,当试样在更高的温度(1 5 0 0℃)下加热时,可在砖的表面形成一层致密的…     

Zr-Si合金熔渗改性C/C复合材料的微观结构及耐高温氧化机理研究

采用Zr-Si合金在较低温度下熔渗制备了不同密度的C/C-ZrC复合材料,研究了不同密度C/C多孔体的熔渗行为以及不同密度复合材料的相组成和微观形貌,并且在1 500℃下对其静态氧化行为进行了研究。结果表明:中等密度多孔体熔渗较为理想,气孔率仅为4.78%。随着原材料密度的增加,C/C-ZrC复合材料密度增量相应下降。物相分析显示,C/C-ZrC复合材料由C,ZrC,Zr和Zr_2Si组成,未发现SiC相的存在。微观结构解析表明,反应生成的ZrC陶瓷相主要集中在网胎层,合金除与C基体反应生成ZrC层外,在熔体内部也有部分ZrC析出。论文从界面反应以及元素扩散的角度探讨了熔渗机理。C/C-ZrC复合材料在1 500℃静态氧化后的产物主要包括单斜相ZrO_2和非晶态SiO_2,未能形成致密氧化膜,改性后的样品失重率随着熔渗增重增大而减小。     

C/C-SiC-ZrC复合材料抗氧化烧蚀性能研究

采用化学气相渗透(CVI-C)和液相浸渍裂解(PIP-SiC、PIP-ZrC)工艺制备了2.5D C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料。通过液氧煤油超音速火焰对蘑菇头驻点试验件进行烧蚀试验,并采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对材料的微观形貌及抗氧化烧蚀机理进行了初步探讨。结果表明,C/C-ZrC-SiC复合材料基体中SiC:ZrC质量比约为4:6,在2200K~2400K液氧煤油超音速火焰烧蚀试验环境下具有良好的抗烧蚀性能,100s蘑菇头驻点线烧蚀率仅为0.0054mm/s。研究发现,C/C-ZrC-SiC复合材料中合适的SiC和ZrC基体配比,高温氧化烧蚀过程中,材料表面形成了以ZrO_(2)颗粒为骨架的连续致密粘稠熔融层,有效封填材料表面的裂纹、孔洞,降低氧化性气氛向材料内部扩散的速率,对材料形成了较好的保护。     

Al2O3-C材料中Ti(C,N)的形成及其抗气化炉渣侵蚀性能研究

水煤浆气化炉内衬材料的无铬化势在必行.基于碳氮化钛对高炉渣的增稠机理,本工作在前期开发水煤浆气化炉用Al2O3-C无铬化内衬材料的基础上,拟通过在Al2O3-C材料中引入一定量的TiO2,使之在高温下材料内原位反应形成碳氮化钛相,提高材料的抗气化炉渣侵蚀性能.结果表明:当Al2O3-C材料引入适量的TiO2时,可以发现在烧成过程中材料中原位形成了Ti(C,N)相,优化材料的孔结构;当材料与渣发生反应时,提高了在侵蚀过程中渣的粘度,改善材料的抗侵蚀性能.当材料中引入的过量的TiO2,TiO2易与气化炉渣发生反应,降低渣的粘度,从而降低材料的抗侵蚀性能.     

添加ZrO_2粉对刚玉-钛酸铝复合材料抗渣性的影响

为提高刚玉-Al_2TiO_5复合材料的抗渣性,以α-Al2O3微粉、板状刚玉和TiO_2为主要原料,ZrO_2粉为添加剂,MgO为稳定剂,经1560℃保温4h烧成制备了刚玉-Al_2TiO_5复合材料,并研究了ZrO_2粉添加量(外加质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%和10%)对试样抗渣性的影响。结果表明:ZrO_2粉的加入明显提高了刚玉-Al2TiO5复合材料的抗渣渗透性,未添加ZrO_2粉时,渗透深度为20mm,添加2%~10%(w)ZrO_2粉时,渗透深度基本不变,为6mm;添加4%(w)ZrO_2粉的试样抗渣侵蚀性最好。     

MgO-ZrO2-C材料的性能和显微结构

研究了在MgO-C耐火材料中添加单斜氧化锆或锆英石所形成的MgO-ZrO2-C材料的性能和显微结构.结果表明(1)加入单斜氧化锆和锆英石导致材料的高温抗折强度降低.(2)热震温度低于1000 ℃时,加入不同量的单斜氧化锆或锆英石对材料抗折强度损失率的影响较小;而热震温度为1200 ℃时,不同的添加量有较大的差别,当单斜氧化锆的添加量为5%～7%,锆英石的添加量为1.54%时,MgO-ZrO2-C材料的抗折强度损失率最小.(3)添加的单斜氧化锆在1200 ℃的热震温度下有部分ZrO2固溶到了镁砂颗粒的内部;而添加的锆英石在1200 ℃下变化轻微,但在1400 ℃下,材料中仅存在少量未分解或分解不完全的锆英石,MgO由基质向锆英石颗粒内部扩散,导致分解完全的锆英石颗粒转变为ZrO2、CMS和c- ZrO2小颗粒.     

SrO对Si_3N_4–ZrO_2–SrO系统反应合成ZrN的影响

通过引入SrO,利用Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统反应合成ZrN,使得SiO_2–Si_3N_4–ZrO_2–ZrN四元系统形成互易关系,并结合热力学计算,对在N2气氛无压条件下Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统分别在1 500和1 700℃时的反应途径进行了研究,并采用XRD进行物相分析。结果表明:当烧结温度为1 500℃时,Si_3N_4–ZrO_2–SrO系统可生成ZrN+SrSi_2O_2N_2和ZrN+Sr_3SiO_5+SrZrO_3的复合相;当烧结温度提高到1 700℃时,反应产物中与ZrN复合的物相不仅有SrSi_2O_2N_2和Sr_3SiO_5+SrZrO_3,还生成了Sr_2SiO_4+SrZrO_3和Sr7_ZrSi_6O_(21)+SrZrO_3,其中,SrZrO_3为ZrO_2–SrO二元系统反应的结果。在1 500和1 700℃时,Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统中可生成ZrN+X(+SrZrO_3)复合相,且ZrN–X共存关系在扩展的SiO_2–Si_3N_4–SrO–ZrO_2–ZrN五元系统中给出。Si_3N_4–ZrO_2–SrO三元系统的数个反应可被用于在较低温度下一步反应制备ZrN复相陶瓷。     

ZrC掺杂对ZTA复相陶瓷微观结构和力学性能的影响

以ZTA20%(zirconia-20%toughened alumina)为基体,通过掺杂不同体积分数的ZrC(10%、15%、20%、25%)研究其对复相陶瓷微观结构和力学性能的影响。采用放电等离子体烧结法在1 400℃、40 MPa保温15 min制备样品。用Archimedes法测得样品相对密度最高可达99.08%。不同ZrC含量的烧结样品的物相成分均为ZrC、α-Al_2O_3和ZrO_2,烧结后无杂质相产生,表明复相陶瓷在烧结过程中具有优良的化学相容性,该复相陶瓷内部各晶粒尺寸均匀,无异常长大现象,断裂机制为穿晶断裂和沿晶断裂相结合。随着ZrC含量的增加,复相陶瓷的弯曲强度先增大后减小,ZrC含量为20%时达到最大值722 MPa;断裂韧性则由5.47 MPa·m~(1/2)增加到6.51 MPa·m~(1/2);显微硬度由17.30 GPa逐渐降低至16.19 GPa。