论文部分内容阅读
Al4O4C、(Al2OC)1-x(AlN)x、Zr2Al3C4 和 MgAlON 因其理化性能优异,使得制备上述非氧化物-氧化物耐火材料成为洁净钢、超低碳钢用耐火材料研究的一个主要方向。本文通过构建Al@AlN+C壳核结构,利用酚醛树脂裂解高分散无定型碳和金属铝反应热效应的特点,于高温氮气气氛下成功制备了Al4O4C、(Al2OC)1-x(AlN)x、Zr2Al3C4和MgAlON等为结合相的新型超低碳非氧化物-氧化物耐火材料,探究了温度和氧化镁含量对酚醛树脂结合Al-Al2O3-MgO-ZrO2系耐火材料物相、结构和性能的影响。研究结果如下:基于热力学分析,探究了 C-O2平衡反应环境下空气埋碳、工业氮气和高纯氮气对含铝元素气相(AlxOy)分压随温度和氧分压变化的关系,指出了在含铝元素各级气相产物中Al(g)和Al2O(g)分压数量级上显著高于AlO(g)、Al2O2(g)和AlO2(g)——高纯氮气条件下,Al(g)分压数量级上高于Al2O(g);提出了碳化率高的酚醛树脂为碳源,取代石墨、炭黑等碳质原料;设计了Al@AlN和Al@AlN+C壳核结构以利用Al(l/g)与C和N2反应的热效应提升材料间的反应温度。构建Al@AlN+C壳核结构,于高温氮气气氛下制备了新型超低碳Al4O4C-(Al2OC)1-x(AlN)x-Al2O3耐火材料,揭示了(Al2OC)1-x(AlN)x的形成机理。新型超低碳耐火材料理化性能优异,常温耐压强度达23OMPa、自然存放达180d未见明显水化现象且不为熔融铁水润湿。(Al2OC)1-x(AlN)x形成机理简述为:在高温氮气气氛下,Al@AlN+C壳核结构破裂,Al(l/g)溢出/逸出,与C和N2分别反应生成Al4C3和AlN;Al4C3和Al2O3反应生成Al4O4C;Al4O4C和Al4C3反应生成Al2OC;Al2OC与AlN发生固溶体反应生成(Al2OC)1-x(AlN)x。构建Al@AlN+C壳核结构,于高温氮气气氛下制备了新型超低碳Al4O4C-(Al2OC)1-x(AlN)-Zr2Al3C4-Al2O3耐火材料,揭示了Zr2Al3C4的形成机理。新型超低碳耐火材料理化性能优异,常温耐压强度高于170 MPa、自然存放达210 d未见明显水化现象且不为熔融铁水润湿。Zr2Al3C4的形成机理简述为:在高温氮气气氛下,Al@AlN+C壳核结构破裂,Al(l/g)溢出/逸出,与ZrO2反应生成ZrAl3;进一步,ZrAl3与A14C3反应生成Zr2Al3C4。于高温氮气气氛下探究了 Al-Al2O3-MgO耐火材料的物相组成与组织结构,揭示了MgAlON尖晶石的形成机理。高温氮气气氛下,金属铝粉的气相传质和液相传质赋予了MgAlON尖晶石两种不同形态;气相传质生成的氮化铝或其多型体附着于片状MgAlON尖晶石上。MgAlON尖晶石的形成机理简述为:Al(l/g)氮化反应形成AlN;Al2O3与MgO反应生成富氧化铝的镁铝尖晶石(Al2O3-rich spinel);进一步,AlN与富氧化铝的镁铝尖晶石发生固溶体反应生成MgAlON尖晶石。构建Al@AlN+C壳核结构,于高温氮气气氛下制备了新型超低碳MgAlON-Zr2Al3C4-(Al2OC)1-x(AlN)x-Al2O3耐火材料。新型超低碳耐火材料物理性能优异且呈现了良好的抗钢包渣侵蚀性能。抗钢包渣实验后,该新型超低碳耐火材料表面形成了由尖晶石、氧化锆和钙方柱石等组成的反应渣层;与之接触的新型超低碳耐火材料中MgAlON尖晶石则分解形成致密尖晶石固溶体层。构建Al@AlN+C壳核结构,于高温氮气气氛下探究了MgO加入量对酚醛树脂结合Al-Al2O3-ZrO2耐火材料物相组成、组织结构和理化性能的影响。添加MgO改变了酚醛树脂结合Al-Al2O3-ZrO2耐火材料的物相组成、组织结构和物理性能——材料的常温耐压强度降至184 MPa,显气孔率升至11.38%,水化性能较传统耐火材料大幅度提升。未添加MgO时,结合相为Al4O4C和(Al2OC)1-x(AlN)x,气-气反应产物为(Al2OC)1-x(AlN)x。添加MgO时,结合相为Al4O4C、(Al2OC)1-x(AlN)x和MgAlON尖晶石,气-气反应产物为Mg-(Al2OC)1-x(AlN)x;MgO加入量大于等于9 wt%时,Al4O4C不能稳定存,气-气反应产物中出现片状MgAlON。