北京航天航空大学发表浅谈滑板制作中耐火材料

　　目前国内外滑板材料的材质主要以A1203-C、A1203-Zr02-C、A1203-Si02、MgO及MgO-MA质为主，国内广泛使用的滑板材质为A1203-C质和A1203-Zr02-C质。近年来出现的关于塞隆结合刚玉质滑板、金属-氮化物结合滑板的研究报道，也获得了不错的使用效果。

　　1铝碳质滑板

　　铝碳滑板是上世纪80年代在日本首先研发成功的，它是以氧化铝基原料(各种刚玉或刚玉荚来石)和碳素原料(石墨、石油焦和碳黑等)为主要原料，添加少量的防氧化剂(金属、合金、碳化物等)，以酚醛树脂为结合剂，经烧(或不烧)、浸渍，干溜等工艺加工而成的[2,3]。高温烧成可形成两种结合方式：陶瓷结合和碳结合。这种复合结合方式可使滑板具有较好的高温机械性能，浸渍则降低了其气孔率和气孔直径，由于碳的存在改善了其抗热震性和抗侵蚀性能[4]。

　　铝碳质滑板的优点是具有良好的热震稳定性和抗渣侵蚀性，因而广泛应用于连铸工艺中的滑板、水口等部位。但传统的铝碳制品在热处理和实际使用过程中，由于碳的氧化和结合剂的水解及高温钢水的物理冲刷和化学侵蚀，导致材料强度急剧降低，影响了材料的使用寿命。

　　为提高产品强度，延长其使用寿命，学者们[5，6]主要从提高材料的抗氧化性方面来进行研究和改善。多采用的方法是：将易在高温下氧化的碳材料用防氧化剂来缓解或阻止碳的氧化或者采取一些方法将碳与氧化环境隔离。缓解氧化的方法可以通过添加抗氧化剂来实现。常用的氧化剂有金属及单质添加剂(Al、Si、Al-Si合金等)、非金属化合物添加剂和复合添加剂。

　　添加抗氧化剂技术在工艺上相对较为容易实现，也是至今对铝碳质滑材料抗氧化性能研究最为成熟的技术。经研究表明[5]，硅的加入能明显提高滑板抗氧化性，在0%～7%的范围内，加入量越大，抗氧化效果越好。将硅铝合金粉加入镁碳耐火材料中，在1400下可达到较好的体积密度、常温耐压强度及高温抗折强度[7]。铝镁合金粉加入含碳的MgO-C砖中能大大提高其抗氧化性能，且随合金粉的加入量的增加，砖的抗氧化层厚度减小，在加入量为4%时材料的性能达到最优。非金属添加剂中，B4C作为含碳材料的抗氧化剂研究和使用是最早的，SiC也是用较多的非金属添加剂。有学者[8]针对防止氧化效果好的Al粉、Si粉、SiC粉三种原料，采用实验计划的方法研究了防止氧化的最佳添加量，发现：减少强化组织结合的Al量，增加高温时防止氧化效果高的Si量和低温时防止氧化效果高的B4C量，对于延迟氧化是非常有效的。另外还有CaB6、Ma-B、ZrB2、TiB2等，也均取得了一定的进展[9,10]。

　　根据不同防氧化剂在不同温度下所起的作用，可以添加两种或两种以上的抗氧化剂，借助其优势互补，提高材料在各个温度区间的整体抗氧化效果。通过研究复合抗氧化剂对材料抗氧化性能的影响[11]，结果表明，如果以合适的配比同时添加金属Al粉和B4C，可以获得比单独添加抗氧化剂更好的抗氧化性及高温使用性能。张学勤[12]等研究了添加金属Al、Si、B4C对铝碳质耐火材料抗氧化性能的影响，结果表明，可有效提高材料的抗氧化性能并改善材料的其他使用性能。一系列研究结果表明，防氧化剂的复合添加剂添加能够取得更优于单独添加的使用效果。

　　2铝锆碳质滑板

　　烧成铝锆碳质滑板是迄今为止应用较为广泛的一种滑板，它是在铝碳滑板的基础上，通过添加低膨胀性的锆莫来石以及具有优良的抗侵蚀性能的锆刚玉或氧化锆而制成的，是A1203-C滑板的延伸。

　　铝锆碳质滑板的优点是具有良好的抗侵蚀性，高的抗热震性和抗剥落性。但产品易由于热应力作用而形成各种裂纹，使得产品使用寿命受到影响。

　　为了提高滑板的使用寿命，多采用低的膨胀系数的材料，如提高碳含量。但随着碳量的增加，滑板被氧化的危险性增大，一旦制品被氧化，制品的抗冲刷和抗侵蚀能力降低;在配料中提高莫来石含量也能提高制品的抗热震稳定性，但随着莫来石含量的提高，SiO2也相应提高，滑板的抗侵蚀能力下降。而最理想的方法是在配料中加入锆莫来石。

　　金胜利等人[13]研究了在埋碳气氛下，烧成铝锆碳滑板中添加的金属铝与保护气氛中的N2、CO、CO2等发生反应的情况，得出结论：当保护气氛中的CO2含量和烧成温度过高时，滑板中形成的氮化铝相会更多，滑板水化的可能性会更高。在实际生产中，采用金属铝和单质硅作复合添加剂时，应严格控制铝粉的添加量和烧成制度，从而避免铝锆碳滑板烧成后发生强度下降或粉化现象。黄丽香等[14]人在铝锆碳滑板的生产过程中，调整了ZrO2的加入量为3%～6%，添加了复合抗氧化剂，使滑板具用较高的强度和抗氧化性能，提高了滑板的使用寿命。另外，日本住友金属工业公司鹿岛制铁所第一炼钢厂[15]为了提高钢包用A1203-ZrO2-C质滑板的寿命和降低成本，采取了孔径小径化、改善材质、2块板和改进形状的方法，也明显提高了滑板的寿命，降低了成本。

　　3金属复合滑板

　　铝碳和铝锆碳质滑板是当前国内外普遍采用的滑板。Al203-C及A1203-Zr02-C滑板具有一系列优越性能，如：优良的抗侵蚀性能、抗热震性、高温结构强度，是近年来最具代表性的滑板材料。但是对一些高侵蚀性钢种，如Ca处理钢、Al-Si镇定钢、高氧钢等钢种，采用铝碳或铝锆碳滑板侵蚀严重，使用寿命显着下降。普通铝碳滑板浇铸高氧钢时，发生碳的氧化及FeO、MnO等渗入对A12O3的侵蚀;浇铸高钙钢时，CaO会与A12O3，反应生成A1203-CaO低熔点物，造成侵蚀严重。因此改善滑板材质，从材质设计上更大限度地解决含碳滑板的氧化和抗热震性，进一步提高滑板的使用寿命和安全性是研究者共同关注的问题。

　　有学者[16,17]以板状刚玉和金属铝粉为主要原料制备了金属一氮化物结合刚玉滑板，研究了其结构与性能，取得了优良的抗钢液侵蚀性能。徐香汝等人[18]以板状刚玉、锆刚玉和金属铝为主要原料，采用1000℃ 高温氮化反应烧结工艺，制得以金属铝和A1N为结合相、以刚玉和斜锆石为主晶相的A1-AIN-A1203-ZrO2-C复相结合材料，以其作为材质制得钢包滑动水口的滑板，具有较好的抗钢液侵蚀、抗热震以及抗渣侵性能，取得了良好的应用效果。

　　4滑板用耐火材料的发展趋势

　　连铸技术的发展，离不开连铸用功能性耐火材料(滑板等)的不断进步。当前，滑板用耐火材料的研究动向主要集中在如何满足钙处理钢及高氧钢的浇铸要求上，随着高效连铸、近终型连铸技术的发展，要求滑板材质不断低硅、低碳、复合材料改性的方向发展。同时，为节约能源、保护环境，适当简化生产工艺，降低材料的烧成温度也是滑板用耐火材料的发展方向之一。

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