Ti(C,N)在炭砖中的原位形成及其对炭砖性能的影响
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Ｓ ｉ Ｃ晶 须的 密集 区生成 了Ｔ ｉ （ Ｃ， Ｎ） ， 与其他 试样相 比 ， Ｓ ｉ Ｃ晶须 的 量较 多 ， 长径 比较 大 ； 外加 ６ ％（ Ｗ） Ｔ ｉ Ｏ 试样 的 平均 孔径低 于 １ ０ ０ ｎ ｍ， 小于 １ ｍ 孔 的孔 容积 率达 ９ ０ ％， 室温热 导率 达 ５ ３ ． ４ ３ Ｗ ・ ｍ～ ・ Ｋ～； 抗铁 水侵 蚀 性试
国 内外 大量 研究 表 明 ， 高炉 炉 缸炭 砖 的损 毁 主要 与铁 水 的渗 透 和炭砖 热 面 向铁 水 中 的溶 蚀有 关 』 。 为 了缓解 铁水 渗透 侵蚀 ， 降低 炭砖 气 孔直 径 并提 高 微
孔化 率被 认 为 是 最 有 效 的手 段 ５ Ｊ 。而 针 对 抗 铁 水
验显 示 ， 通过 引入 Ｔ ｉ Ｏ ， 原 位形 成 ｒ ｒ ｉ （ Ｃ， Ｎ） 的炭砖 试 样 ， 其 抗铁 水 熔损性 优 于直接 引入 Ｔ ｉ Ｃ的试 样 。
关键 词 ： 高炉炭砖 ； Ｔ ｉ Ｏ ２ ； Ｔ ｉ Ｃ； Ｔ ｉ （ ｃ， Ｎ） ； 原位 反 应 ； 孔 结构 ； 抗铁 水侵 蚀
研 究表 明 ， 在 炭砖 中通过 引入 碳化 钛相 ， 可 以改变
碳率 （ Ｗ） ＞３ Ｉ ６ ％ 的热 固性 液 态 酚醛 树 脂 （ Ｐ Ｆ 一 ２ ２ ３ １ ） 为结 合 剂 。 试 样配 比见 表 １ 。按 表 １配 料 ， 在 Ｎ Ｈ一 ５型捏 合 机 中先 后加 入原 料 和结 合 剂进 行混 捏 ， 然 后使 用 压 力
导 率及 抗铁 水侵蚀 等 性 能 的影 响。 结 果 表 明 ： 经１ ４ ０ ０℃ 埋 炭 热ห้องสมุดไป่ตู้处理 后 ， 外加 ６ ％（ Ｗ） Ｔ ｉ Ｏ ： 试 样 原位 生 成 了 Ｔ ｉ （ Ｃ， Ｎ） 和Ｔ ｉ Ｎ， 而 引入 的 Ｔ ｉ Ｃ较 为稳 定 ， 在 热 处理过 程 中未 与其 他 组 分发 生反 应 ， 且 外加 ６ ％（ Ｗ） Ｔ ｉ Ｏ 试 样 在
溶蚀 性 能 ， 除增 加 炭砖 中 陶瓷相 的量 并 改进 陶瓷相 分 布状 态 外 ， 还 可 以通过 提高 炭砖 的 热导 率 以提 升 炭砖
表 面铁 水 的黏度 或形成 铁水 凝 固层 ， 从 而 降低 炭砖 向
铁 水 中 的溶 蚀 率 Ｊ 。 因此 ， 微孔化率 、 热导 率 和抗 铁 水 溶蚀 指数 是高 炉炭 砖 的重要 指标 。
试 验机 以 １ ０ ０ ＭＰ ａ的压 力压 制成 ， １ ， ５ ０ ｍ ｍ Ｘ ５ ０ ｍ ｍ 的 圆柱 形试 样 。在 １ １ ０ ｏ Ｃ干 燥 ２ ４ ｈ后 ， 再 分别 在 １ ２ ０ ０、 １ ４ ０ ０℃ 埋炭 热处 理 。焙烧 曲线 为 ： 室温 至 １ ０ ０ ０ ｏ Ｃ，
８ ６ ～ ９ Ｏ
＠
熬
２ 第 ０ １ ４ ５ ９ 卷 年４ 第 ２ 期 月
Ｔ ｉ （ Ｃ ， Ｎ ） 在炭砖 中的原位形 成及其对炭砖性能的影 响
李亦 韦 桑绍柏 李亚伟
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 ４ ３ ０ ０ ８ １
摘 要： 为 了提 升 高导 热炭砖 的抗 侵蚀 性 ， 以人造 石 墨 （ ≤Ｏ ． ０ ７ ５ 、 ≤１ ｍｍ） 、 Ｓ ｉ 粉（ ≤０ ． ０ ４ ５ ｍ ｍ） 、 Ａ １ 粉 （ ≤０ ． ０ ７ ５
ｍ ｍ） 、 活性 Ａ ｌ ０ （ ２ ｍ） 为原料 ， 酚醛树 脂 为结合 剂 ， 分 别外 加质 量分 数 ６ ％的Ｔ ｉ Ｏ ： 、 Ｔ ｉ Ｃ微 粉 ， 经 混料 、 成型， 于 １ ２ ０ ０和 １ ４ ０ ０ ｏ Ｃ埋炭 热 处理后 制备 了高炉 用炭砖 试样 ， 研究了 Ｔ ｉ Ｏ Ｔ ｉ Ｃ微 粉 对试样 的物 相 变化 、 微 孔 结构 、 热
５
～
炭砖与铁水 的界面特性 ， 提高炭砖 的抗 铁水熔损性 ｌ １ 。 与之类 似 ， 国内外 使 用 “ 钛 矿护 炉 法 ” ， 把 钛 精 矿通 过
炉顶或 风 口加入炉缸 ， 在高炉 内反应 生成Ｔ ｉ （ Ｃ ， Ｎ） 并沉
积 于炭 砖 表 面形 成保 护 层 ， 可 以延 长 炭 砖 寿命 卜 。 然而， 该方法形 成 保 护层 的前提 是 炉料 中需 要 配 入 持 续 而稳定 的钛 源 ¨ ｌ １ ７， 且 人 炉 的钛 精 矿 仅有 少 量 生 成 Ｔ ｉ （ ｃ， Ｎ） 沉 积在炭砖表 面 ， 大部分钛精矿在 炉渣 中富集 并随渣排 出高炉 ， 钛资 源利用率较低 ¨ 引。 在本 工作 中 ， 拟在前 期采 用人 造 石 墨替 代 电煅 煤 制备 超微 孔 高 导 热 炭 砖 的基 础 上 ， 在 高 炉 炭 砖 试 样制 备过 程 中直接 引入 Ｔ ｉ Ｏ 微粉 ， 探 讨在炭砖 中原位
１ 试 验
１ ． １ 试样 制备 试 验原料 有 ： （ Ｃ ）＝ ９ ７ ％ 的人 造石 墨 （ ≤０ ． ０ ７ ５ 、 ≤１ ｍｍ） ， Ｗ（ Ａ １ ）＝９ ９ ％的Ａ ｌ 粉 （≤０ ． ０ ７ ５ ｍ ｍ） ， Ｗ（ ｓ ｉ ）＝９ ８ ． ３ ％的 Ｓ ｉ 粉（ ≤０ ． ０ ４ ５ ｍ ｍ） ， Ｗ（ Ａ １ ２ Ｏ ３ ）＝ ９ ９ ％ 的活性 Ｏ Ｌ ・ Ａ １ Ｏ （ ２ Ｉ ｘ ｍ） ， Ｗ（ Ｔ ｉ Ｏ ２ ）＝９ ９ ． ８ ％ 的金 红石 型 Ｔ ｉ Ｏ 微 粉 （ １ ０ ０ ｎ ｍ， 比表面 积 １ ８ ． ４ ９ ｍ ・ ｇ ～， 中位 粒径 ｄ ５ ０ ：９ ２ ． ６ ｎ ｍ） ， Ｔ ｉ Ｃ微 粉 （ ２ ｍ） ， 采 用 残
中图分类号 ： Ｔ Ｑ１ ７ ５ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １—１ ９ ３ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２－ ０ ０ ８ ６— ０ ５
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １— １ ９ ３ ５ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ０ ２
国 内外 大量 研究 表 明 ， 高炉 炉 缸炭 砖 的损 毁 主要 与铁 水 的渗 透 和炭砖 热 面 向铁 水 中 的溶 蚀有 关 』 。 为 了缓解 铁水 渗透 侵蚀 ， 降低 炭砖 气 孔直 径 并提 高 微
孔化 率被 认 为 是 最 有 效 的手 段 ５ Ｊ 。而 针 对 抗 铁 水
验显 示 ， 通过 引入 Ｔ ｉ Ｏ ， 原 位形 成 ｒ ｒ ｉ （ Ｃ， Ｎ） 的炭砖 试 样 ， 其 抗铁 水 熔损性 优 于直接 引入 Ｔ ｉ Ｃ的试 样 。
关键 词 ： 高炉炭砖 ； Ｔ ｉ Ｏ ２ ； Ｔ ｉ Ｃ； Ｔ ｉ （ ｃ， Ｎ） ； 原位 反 应 ； 孔 结构 ； 抗铁 水侵 蚀
研 究表 明 ， 在 炭砖 中通过 引入 碳化 钛相 ， 可 以改变
碳率 （ Ｗ） ＞３ Ｉ ６ ％ 的热 固性 液 态 酚醛 树 脂 （ Ｐ Ｆ 一 ２ ２ ３ １ ） 为结 合 剂 。 试 样配 比见 表 １ 。按 表 １配 料 ， 在 Ｎ Ｈ一 ５型捏 合 机 中先 后加 入原 料 和结 合 剂进 行混 捏 ， 然 后使 用 压 力
导 率及 抗铁 水侵蚀 等 性 能 的影 响。 结 果 表 明 ： 经１ ４ ０ ０℃ 埋 炭 热ห้องสมุดไป่ตู้处理 后 ， 外加 ６ ％（ Ｗ） Ｔ ｉ Ｏ ： 试 样 原位 生 成 了 Ｔ ｉ （ Ｃ， Ｎ） 和Ｔ ｉ Ｎ， 而 引入 的 Ｔ ｉ Ｃ较 为稳 定 ， 在 热 处理过 程 中未 与其 他 组 分发 生反 应 ， 且 外加 ６ ％（ Ｗ） Ｔ ｉ Ｏ 试 样 在
溶蚀 性 能 ， 除增 加 炭砖 中 陶瓷相 的量 并 改进 陶瓷相 分 布状 态 外 ， 还 可 以通过 提高 炭砖 的 热导 率 以提 升 炭砖
表 面铁 水 的黏度 或形成 铁水 凝 固层 ， 从 而 降低 炭砖 向
铁 水 中 的溶 蚀 率 Ｊ 。 因此 ， 微孔化率 、 热导 率 和抗 铁 水 溶蚀 指数 是高 炉炭 砖 的重要 指标 。
试 验机 以 １ ０ ０ ＭＰ ａ的压 力压 制成 ， １ ， ５ ０ ｍ ｍ Ｘ ５ ０ ｍ ｍ 的 圆柱 形试 样 。在 １ １ ０ ｏ Ｃ干 燥 ２ ４ ｈ后 ， 再 分别 在 １ ２ ０ ０、 １ ４ ０ ０℃ 埋炭 热处 理 。焙烧 曲线 为 ： 室温 至 １ ０ ０ ０ ｏ Ｃ，
８ ６ ～ ９ Ｏ
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２ 第 ０ １ ４ ５ ９ 卷 年４ 第 ２ 期 月
Ｔ ｉ （ Ｃ ， Ｎ ） 在炭砖 中的原位形 成及其对炭砖性能的影 响
李亦 韦 桑绍柏 李亚伟
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 ４ ３ ０ ０ ８ １
摘 要： 为 了提 升 高导 热炭砖 的抗 侵蚀 性 ， 以人造 石 墨 （ ≤Ｏ ． ０ ７ ５ 、 ≤１ ｍｍ） 、 Ｓ ｉ 粉（ ≤０ ． ０ ４ ５ ｍ ｍ） 、 Ａ １ 粉 （ ≤０ ． ０ ７ ５
ｍ ｍ） 、 活性 Ａ ｌ ０ （ ２ ｍ） 为原料 ， 酚醛树 脂 为结合 剂 ， 分 别外 加质 量分 数 ６ ％的Ｔ ｉ Ｏ ： 、 Ｔ ｉ Ｃ微 粉 ， 经 混料 、 成型， 于 １ ２ ０ ０和 １ ４ ０ ０ ｏ Ｃ埋炭 热 处理后 制备 了高炉 用炭砖 试样 ， 研究了 Ｔ ｉ Ｏ Ｔ ｉ Ｃ微 粉 对试样 的物 相 变化 、 微 孔 结构 、 热
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炭砖与铁水 的界面特性 ， 提高炭砖 的抗 铁水熔损性 ｌ １ 。 与之类 似 ， 国内外 使 用 “ 钛 矿护 炉 法 ” ， 把 钛 精 矿通 过
炉顶或 风 口加入炉缸 ， 在高炉 内反应 生成Ｔ ｉ （ Ｃ ， Ｎ） 并沉
积 于炭 砖 表 面形 成保 护 层 ， 可 以延 长 炭 砖 寿命 卜 。 然而， 该方法形 成 保 护层 的前提 是 炉料 中需 要 配 入 持 续 而稳定 的钛 源 ¨ ｌ １ ７， 且 人 炉 的钛 精 矿 仅有 少 量 生 成 Ｔ ｉ （ ｃ， Ｎ） 沉 积在炭砖表 面 ， 大部分钛精矿在 炉渣 中富集 并随渣排 出高炉 ， 钛资 源利用率较低 ¨ 引。 在本 工作 中 ， 拟在前 期采 用人 造 石 墨替 代 电煅 煤 制备 超微 孔 高 导 热 炭 砖 的基 础 上 ， 在 高 炉 炭 砖 试 样制 备过 程 中直接 引入 Ｔ ｉ Ｏ 微粉 ， 探 讨在炭砖 中原位
１ 试 验
１ ． １ 试样 制备 试 验原料 有 ： （ Ｃ ）＝ ９ ７ ％ 的人 造石 墨 （ ≤０ ． ０ ７ ５ 、 ≤１ ｍｍ） ， Ｗ（ Ａ １ ）＝９ ９ ％的Ａ ｌ 粉 （≤０ ． ０ ７ ５ ｍ ｍ） ， Ｗ（ ｓ ｉ ）＝９ ８ ． ３ ％的 Ｓ ｉ 粉（ ≤０ ． ０ ４ ５ ｍ ｍ） ， Ｗ（ Ａ １ ２ Ｏ ３ ）＝ ９ ９ ％ 的活性 Ｏ Ｌ ・ Ａ １ Ｏ （ ２ Ｉ ｘ ｍ） ， Ｗ（ Ｔ ｉ Ｏ ２ ）＝９ ９ ． ８ ％ 的金 红石 型 Ｔ ｉ Ｏ 微 粉 （ １ ０ ０ ｎ ｍ， 比表面 积 １ ８ ． ４ ９ ｍ ・ ｇ ～， 中位 粒径 ｄ ５ ０ ：９ ２ ． ６ ｎ ｍ） ， Ｔ ｉ Ｃ微 粉 （ ２ ｍ） ， 采 用 残
中图分类号 ： Ｔ Ｑ１ ７ ５ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １—１ ９ ３ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２－ ０ ０ ８ ６— ０ ５
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １— １ ９ ３ ５ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ０ ２