ZrC改性石墨对低碳Al_%282%29O_%283%29-C耐火材料结构与性能的影响.pdf

：耐火材料 改性石墨对低碳 耐火材料结构与性能的影响邝昌柳王 杏刘正龙丁 军余 超邓承继祝洪喜武汉科技大学 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉 摘要：为解决目前低碳 耐火材料性能下降、寿命缩短等问题，以 粉和鳞片石墨为原料，以 和 为熔盐介质，在氩气气氛中于 保温 合成了 改性石墨。然后以电熔白刚玉、粉、粉、粉、鳞片石墨和 改性石墨为原料，以酚醛树脂为结合剂制备了低碳 耐火材料试样。研究了 改性石墨添加量（加入质量分数分别为 、）对低碳 耐火材料的物相组成、显微形貌、物理性能的影响。结果表明：与仅添加鳞片石墨的试样相比，引入 （）的 改性石墨可显著提高低碳 耐火材料试样的力学性能，但是当引入（）的 改性石墨时，降低了其性能。添加（）改性石墨时，试样的力学性能最优，其常温抗折强度和常温耐压强度分别为 和 。关键词：；改性石墨；低碳 耐火材料；显微结构；力学性能中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：耐火材料具有高的强度、良好的抗渣侵蚀性和抗热震性等优点，被广泛用作钢铁工业连铸系统的主要部件，如长水口、滑板、浸入式水口和塞棒等 。传统 耐火材料因其碳含量高（）?），在使用过程中存在热耗大、易氧化、对钢水产生增碳作用等问题，无法满足低碳冶炼工艺发展的要求，但若单纯降低石墨含量必然导致其力学性能、抗热震性和抗渣侵蚀性变差，进而影响使用寿命 。引入复合粉体如改性石墨以优化耐火材料的显微结构是改善其性能的有效途径 。其中对石墨进行改性主要通过在其表面制备氧化物或高温陶瓷涂层实现。陈兴等 利用自蔓延高温合成 包覆鳞片石墨，发现其提高了 耐火材料的综合性能。李国丹等 研究发现 （）的纳米碳镁铝尖晶石复合粉的引入可明显提高低碳 耐火材料的力学性能、抗渣侵蚀性和抗热震性。基于改性石墨对 耐火材料性能的提升，制备涂层改性石墨成为研究人员关注的焦点。具有高硬度、高强度，优良的导热性、耐高温性和耐磨性，作为超硬材料、表面保护材料和高温结构材料应用于实际生产中，因此近年来研究人员积极探索其在耐火材料方面的应用 。基于上述研究，在本工作中以不同粒径的电熔白刚玉、粉、粉、鳞片石墨和制备得到的 改性石墨，以热固性液态酚醛树脂为结合剂制备了低碳 耐火材料，研究了不同加入量 改性石墨对低碳 耐火材料物相组成、显微结构和力学性能的影响。试验 改性石墨的制备试验用主要原料为：粉，纯度为 （），粒径为 ；鳞片石墨，纯度为 （），粒径为 ；分析纯 和 为熔盐介质。将物质的量比为 的 粉、鳞片石墨混合 ，再与质量比为 的 、混合盐共混 。将混匀物料转移到氧化铝坩埚中，然后置于竖式气氛炉中，在 （）的氩气气氛中以 升温至 并保温 。自然冷却至室温后，所得产物使用蒸馏水反复清洗去除残留盐。最后，将获得的粉体置于 干燥箱中干燥 ，得到 改性石墨。年 月第 卷 第 期 国家自然科学基金区域创新发展联合基金（）；湖北省重点研发计划（）。邝昌柳：女，年生，硕士研究生。：通信作者：丁军，男，年生，博士，教授。：收稿日期：编辑：张子英 耐火材料 ：低碳 耐火材料试样的制备以纯度为 （）、粒度为 、的电熔白刚玉为骨料，以粒径 的电熔白刚玉、纯度为 （）的 、纯度为 （）的 粉、纯度为 （）的 粉、改性石墨和鳞片石墨为细粉，酚醛树脂（残碳率为 （）为结合剂，制备低碳 耐火材料试样，其配比见表 。按表 称取原料，先混合骨料 ，再加入树脂混合 ，随后加入预混合的细粉混合 ，得到混合料。用 型压力试验机以 压力将混合料压制成 的长条试样，置于 干燥箱中固化 后，再放入高温箱式炉中，在流动氮气（）下以 升温至 保温 烧成。表 低碳 耐火材料试样的配比 原料 试样 试样 试样 试样 电熔白刚玉 粉 粉 鳞片石墨 改性石墨酚醛树脂（外加）性能检测使用 射线衍射仪（，）对试样进行物相组成分析。分别使用扫描电子显微镜（，）和能谱仪（，）观察试样的形貌以及微区元素分析。按照 表征烧后试样的显气孔率和体积密度，并根据 ：测烧后试样的加热永久线变化。采用搭载电子数字控制系统（，）的万能试验机分别按 和 测烧后试样的常温抗折强度和常温耐压强度。结果与讨论 物相组成和显微结构图 为 改性石墨的 图谱和 照片。由图 （）看出，仅检测到较强的石墨和 的衍射峰，说明 粉在氩气气氛下于 保温 后完全反应生成了 。由图 （）和 能谱分析结果可知，在石墨表面生成了 涂层，说明制备的 改性石墨具有“包覆”结构。图 改性石墨的 图谱和 照片及点 的 分析 图 为加入不同量 改性石墨的试样烧后的 图谱。图 加入不同量 改性石墨的试样烧后的 图谱 由图 可以看到，试样均检测到刚玉、石墨、和 的衍射峰。除此之外，试样 、中耐火材料 年第 卷 ：耐火材料 均检测到 的衍射峰，且衍射峰的强度随着 改性石墨加入量增加而增强，说明烧后 改性石墨仍稳定存在于试样中，且对试样的物相组成无显著影响。图 为加入不同量 改性石墨的试样烧后的 照片，图中各点的 分析结果见表 。观察图 （）结合点 的能谱分析结果，显示试样 中原位生成了 晶须和分散于基质中的短柱状 。如图 （）结合点 的能谱分析结果，改性石墨含量为（）时，试样 中的孔隙和鳞片石墨周围生成片状的 相。当 改性石墨含量提高至（）时，从图 （）中可以看到试样 中生成了 晶须和形状规则的六方片状 相。观察图 （）发现，试样 的基质中 改性石墨稳定存在并同试样基质紧密结合，在孔隙周围生成了 晶须。图 加入不同量 改性石墨的试样烧后的 照片 表 图 中各点的 分析结果 区域 点 点 点 物理性能加入不同量 改性石墨的试样烧后的显气孔率和体积密度、加热永久线变化见图 。由图 （）可知，相比仅添加鳞片石墨的试样 ，添加 改性石墨的试样 、的体积密度略有下降，试样的显气孔率随着 改性石墨加入量的增加先降低后升高，在添加 （）改性石墨时，试样 的显气孔率最大，为 ；如图 （）所示，试样的加热永久线变化均为正，微膨胀，其中试样 和 膨胀较明显。加入不同量 改性石墨的试样烧后的常温抗折强度和耐压强度见图 。可知，试样的抗折强度和耐压强度随着 改性石墨含量的增加先增大后减小，添加 （）改性石墨的试样 的力学性能最优，其常温抗折强度和常温耐压强度分别为 和 ，较不添加 改性石墨的 试样分别第 期邝昌柳，等：改性石墨对低碳 耐火材料结构与性能的影响 年 月 耐火材料 ：提高 和 ，说明引入适量 改性石墨可提升试样的力学性能。原因可归结为，改性石墨与基质间的紧密结合促进了材料的致密化，同时原位生成的晶须状 和片状 对试样起到增强增韧作用，协同提升试样的力学性能 。然而，当 改性石墨的添加量增加到 （）时，试样发生体积膨胀导致显气孔率较高，试样的体积密度和力学强度降低。图 加入不同量 改性石墨的试样烧后的显气孔率、体积密度和加热永久线变化 ，图 加入不同量 改性石墨的试样烧后的常温抗折强度和常温耐压强度 结论（）引入 （）的 改性石墨可提高低碳 耐火材料试样烧后的常温抗折强度和耐压强度，因为 改性石墨增强了基质间的结合，原位生成的 晶须和片状 填充试样的孔隙，从而起到增强增韧的作用。（）添加（）的 改性石墨时，低碳 耐火材料试样的力学性能最优，其常温抗折强度和常温耐压强度较不添加时分别提高 和 。参考文献 ，（）：张婧，王子昊，凌永一，等 粉对 滑板材料性能的影响 耐火材料，（）：吴帅兵，梁峰，李亚格，等 纳米材料改性低碳 耐火材料的研究现状 耐火材料，（）：，（）：何思梦，韩兵强，魏耀武，等 微晶石墨对不烧 耐火材料性能的影响 耐火材料，（）：，（）：，（）：张成林，肖国庆，丁冬海，等 自蔓延 包覆鳞片石墨及其对耐火浇注料性能的影响 硅酸盐学报，（）：，：，（）：马世春，韩俊华 低碳 耐火材料研究的新进展 耐火材料，（）：陈兴，任耘，骆吉源，等 自蔓延高温合成 包覆鳞片石墨及其对 耐火材料性能的影响 硅酸盐学报，（）：李国丹，丁冬海，肖国庆，等 纳米碳 镁铝尖晶石复合粉对低碳铝碳耐火材料性能的影响 硅酸盐学报，（）：陈玉龙，赵雷，龚仕顺，等 改性石墨对 质铁沟浇耐火材料 年第 卷 ：耐火材料 注料性能的影响 耐火材料，（）：，：邝昌柳，王杏，刘正龙，等 不同碳材料对铝碳浇注料性能的影响 硅酸盐通报，（）：，（）：，（）：，（，），：；：，檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷 （上接 页），（）：（），（，），：（）；，；（），：；：，第 期邝昌柳，等：改性石墨对低碳 耐火材料结构与性能的影响 年 月