D0I:10.13374/1.issm100103.2008.08.02 第30卷第8期 北京科技大学学报 Vol.30 No.8 2008年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2008 Ca0 ZrO2一TiO2BN材料的热力学分析及实验验证 张正富)王福明)李长荣) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要从Ca0-N、Zr0一N、Ti0N及B0—N的叠加的优势区图可以看出Ca0ZrO2一Ti02BN体系在1823K下可以 稳定存在·XRD分析结果表明氧化物之间高温下形成了复杂的化合物或固溶体.应用FactSage软件计算CaO-ZrO2Ti02三 元相图得出，通过控制TiO2的加入量，能够将体系控制在高温固相区，可用作水口材料.由于钢水中[A]的存在，BN在连铸 过程中不会被水口内部达到平衡时的游离02以及钢中溶解[0]所氧化· 关键词氧化钙：氧化锆：氧化钛：氨化硼：四元体系：优势区图：三元相图 分类号TQ175.7 Thermodynamic analysis and experimental validation of CaO-ZrO2-TiOz-BN material ZHA NG Zhengfu),WA NG Fuming).LI Changrong2) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083,China 2)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACT It is found that CaO-ZrO2-TiO2-BN system can stably exist at 1823 K from the overlapped phase stability diagram of Ca-O-N.Zr-O-N.Ti-O-N and B-O-N systems.XRD analysis results indicate that oxides in the system form complex compounds or solid solution.The phase diagram of Cao-ZrO2-TiOz was calculated by FactSage software.and the results show that the system can be controlled in solid section at high temperature through controlling TiOz quantity.During continuous casting.BN cannot be oxidized by 02 or [O]because of the existence of [Al]in molten steel. KEY WORDS calcium oxide:zirconium oxide;titanium oxide;boron nitride:quaternary system;phase stability diagram;ternary phase diagram 在连铸铝镇静钢水过程中很容易发生水口堵 等互相组合的复合材料].但由于种种原因，这 塞，多年来防水口堵塞一直是研究的热点，关于水 些新材料大都未能得到推广应用，究其原因，主要 口堵塞的机理及防堵塞的途径，国内外学者已经进 是新材料抗热震性难以满足需要，防堵塞不理想，强 行了深入的研究，并一致认为防止水口堵塞主要从 度不够，价格昂贵等。迄今，通常使用的水口材质依 以下几个方面来解决：改变水口材质（难被钢水润湿 然是熔融石英质和A203一C质.此外渣线复合 材料，难与钢水反应、易与氧化铝附着物反应生成液 ZrO2C质、内衬复合Ca0Zr0zC质也得到了广泛 相的材料)、改变水口结构和形状（阶梯水口、吹气结 应用 构、改善水口内壁光滑度等)、改进连铸工艺（适当提 传统含C材料具有诸多缺点]：增加钢中 高浇铸温度、采用保护浇注等)、提高钢水洁净度（避 A203夹杂，使钢水增碳，随着石墨被氧化消耗，水 免卷渣、运用挡渣堰、采用钙处理工艺等) 口表面粗糙，钢中夹杂更容易沉积，本工作从多途 近年来出现了一系列防堵塞新材料的报道，比 径提高水口防堵塞，并考虑热震性因素，设计了 如氮化物、碳化物、Zr02、Al2O3、塞隆、阿隆及镁阿隆 Ca0ZrO2TiO2BN体系，具有以下特点： 收稿日期：2007-07-12修回日期：2007-12-21 作者简介：张正富(1976一)·男，博士研究生；王福明(l963一)，男，教授，博士生导师，E-mail:wangfuming@metall-.ustb.edu-cnCaO－ZrO2－TiO2－BN 材料的热力学分析及实验验证 张正富1） 王福明1） 李长荣2） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 从 Ca－O－N、Zr－O－N、Ti－O－N 及 B－O－N 的叠加的优势区图可以看出 CaO－ZrO2－TiO2－BN 体系在1823K 下可以 稳定存在．XRD 分析结果表明氧化物之间高温下形成了复杂的化合物或固溶体．应用 FactSage 软件计算 CaO－ZrO2－TiO2 三 元相图得出‚通过控制 TiO2 的加入量‚能够将体系控制在高温固相区‚可用作水口材料．由于钢水中［Al］的存在‚BN 在连铸 过程中不会被水口内部达到平衡时的游离 O2 以及钢中溶解［O］所氧化． 关键词 氧化钙；氧化锆；氧化钛；氮化硼；四元体系；优势区图；三元相图 分类号 T Q175∙7 Thermodynamic analysis and experimental validation of CaO-ZrO2-TiO2-BN material ZHA NG Zhengf u 1）‚W A NG Fuming 1）‚LI Changrong 2） 1） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT It is found that CaO-ZrO2-TiO2-BN system can stably exist at 1823K from the overlapped phase stability diagram of Ca-O-N‚Zr-O-N‚T-i O-N and B-O-N systems．XRD analysis results indicate that oxides in the system form complex compounds or solid solution．T he phase diagram of CaO-ZrO2-TiO2 was calculated by FactSage software‚and the results show that the system can be controlled in solid section at high temperature through controlling TiO2quantity．During continuous casting‚BN cannot be oxidized by O2or ［O］ because of the existence of ［Al］ in molten steel． KEY WORDS calcium oxide；zirconium oxide；titanium oxide；boron nitride；quaternary system；phase stability diagram；ternary phase diagram 收稿日期：2007-07-12 修回日期：2007-12-21 作者简介：张正富（1976－）‚男‚博士研究生；王福明（1963－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：wangfuming＠metall．ustb．edu．cn 在连铸铝镇静钢水过程中很容易发生水口堵 塞‚多年来防水口堵塞一直是研究的热点．关于水 口堵塞的机理及防堵塞的途径‚国内外学者已经进 行了深入的研究‚并一致认为防止水口堵塞主要从 以下几个方面来解决：改变水口材质（难被钢水润湿 材料‚难与钢水反应、易与氧化铝附着物反应生成液 相的材料）、改变水口结构和形状（阶梯水口、吹气结 构、改善水口内壁光滑度等）、改进连铸工艺（适当提 高浇铸温度、采用保护浇注等）、提高钢水洁净度（避 免卷渣、运用挡渣堰、采用钙处理工艺等）． 近年来出现了一系列防堵塞新材料的报道‚比 如氮化物、碳化物、ZrO2、Al2O3、塞隆、阿隆及镁阿隆 等互相组合的复合材料［1－5］．但由于种种原因‚这 些新材料大都未能得到推广应用．究其原因‚主要 是新材料抗热震性难以满足需要‚防堵塞不理想‚强 度不够‚价格昂贵等．迄今‚通常使用的水口材质依 然是熔融石英质和 Al2O3－C 质．此外渣线复合 ZrO2－C质、内衬复合 CaO－ZrO2－C 质也得到了广泛 应用． 传统含 C 材料具有诸多缺点［6－8］：增加钢中 Al2O3 夹杂‚使钢水增碳‚随着石墨被氧化消耗‚水 口表面粗糙‚钢中夹杂更容易沉积．本工作从多途 径提高水口防堵塞‚并考虑热震性因素‚设计了 CaO－ZrO2－TiO2－BN体系‚具有以下特点： 第30卷 第8期 2008年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．8 Aug．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．08．012