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第九章 特种功能耐火材料

第九章 特种功能耐火材料
第九章 特种功能耐火材料

第九章特种功能耐火材料

前言

特种功能耐火材料是指其独特的功能,不仅具有常规意义上的耐高温功能,还具有特定的功能作用。另外,与普通耐火材料生产工艺、应用范围不同,特种功能耐火材料具有特殊的制备方法和固定的使用位置。连铸用“三大件”包括长水口(又称保护套管)、整体塞棒和浸入式水口,滑动水口,定径水口和透气砖等均属于连铸用特种功能耐火材料。

长水口用于钢包与中间包之间,将钢液由钢包导入到中间包内,防止钢液二次氧化和飞溅。目前长水口材质主要有两种:熔融石英质和铝炭质,前者抗热冲击性能优越,具有较高的机械强度和化学稳定性,并耐酸性渣侵蚀,使用前不用烘烤,但在浇铸锰含量较高的钢种时,侵蚀严重,寿命短:后者主要是由刚玉和石墨为主要原料制成的产品,它对钢种的适应性强,特别适合浇铸特殊钢,对钢水污染小。

浸入式水口用于中间包和结晶器之间,将钢液从中间包导入结晶器,有防止钢液氧化及飞溅、减少钢液液面震荡及结晶器内部紊流的作用,从而减少钢坯表面缺陷。在使用过程中要求浸入式水口耐钢液和保护渣侵蚀,不与钢水中物质反应生成堵塞物。目前浸入式水口材质主要是铝碳-锆碳复合材质,即本体为铝碳材料,渣线为锆碳材料。还有少量的熔融石英质浸入式水口,主要用于侵蚀性小和浇铸时间短的钢种。

整体塞棒主要用于中间包,起开闭作用,控制塞棒头部至中间包水口的位置来调节进入结晶器钢水的流量,还可以通过整体塞棒的吹氩孔,向中间包水口吹氩,以防止水口堵塞。采用塞棒可以降低事故率,减少水口堵塞,提高钢坯质量。目前整体塞棒为铝炭质。塞棒头部受钢水冲刷严重,根据所浇钢种的不同,棒头的材质也有所不同,一般材质有铝碳、锆碳、镁碳等。为适应现代高速高效连铸技术及洁净钢冶炼不断发展的需要,需进一步改进现有连铸用功能性耐火材料的性能,进一步开发新型材质,连铸“三大件”正向着高性能、多功能、长寿命的方向发展。

定径水口是小方坯连铸用的耐火材料之一,起控制钢水流量的作用。钢水均匀稳定地通过定径水口流入结晶器,是保证连铸正常进行的必要条件。因此,定径水口必需具备良好的抗侵蚀性和热稳定性,使用时不允许出现堵塞、脱落、开裂和扩径。当前普遍采用的是含锆材料,锆含量不同,档次不同,从65%ZrO2含量的锆英石,直至95%ZrO2含量的锆质定径水口,使用寿命由5-6小时至15小时以上不等。

吹气搅拌技术是炼钢工艺发展中一项非常重要的新技术,它可以促进钢液中夹杂物随气体上浮洁净钢水,强化冶金过程促进冶金反应进行,缩短冶炼时间,均匀钢水温度和成分,改善钢材的质量。炉底预安装供气元件吹入惰性气体的工艺投资少、搅拌效率高、操作方便因而得到广泛的应用,已成为现代冶金的重要手段、炉外精练工艺中的重要环节,从复吹转炉铁水精练、底吹电炉到底吹钢包,乃至中间包,鱼雷罐,几乎已应用到冶炼的全过程中,在转炉、电炉、钢包中已普遍应用。透气元件是炉外精炼必需的功能元件,使用条件十分苛刻,钢液的搅动冲刷,吹氧清扫等,要求具有多重性能:透气性好:钢水与透气材料有较大的润湿角,使透气通道内渗钢少、抗侵蚀性好:间歇操作急冷急热要求透气砖具有好的抗热震性和抗剥落性:工作面吹氧清扫,抗氧化性也要好。随着炼钢工业的不断发展,不断开发出新材质、寿命长、高性能的透气砖才能满足实际炼钢生产的需要。中间包底吹透气砖和鱼雷罐用透气砖正在开发中,有着良好的应前景,如中间包吹气就是在中间包内产生气幕,通过惰性气体清洗钢液、去除夹杂物,甚至脱气,对提高钢质量效

果十分显著,当前处于试验阶段。

滑板是滑动水口的重要组成部分,直接控制钢水,决定滑动水口功能的部件,具有钢水注入和流量调整功能。在使用过程中,由于需长时期承受高温熔体的化学侵蚀和物理冲刷作用,强烈的热冲击和机械磨损作用,使用条件极为苛刻:同时为实现自由开闭钢流的功能,滑动面平整度及尺寸精确度均需严格要求,所以滑板必须具有以下性能:滑动面平整,平整度小于0.1mm :机械强度高:耐钢液和熔渣侵蚀性强:不易附着钢水。

总之,连铸用功能耐火材料是一新型耐火材料,使用条件恶劣,可靠性要求高,对连铸过程的顺利进行起着至关重要的作用。随着冶金技术乃至其他高温新工艺新技术的发展和技术进步,均会对功能耐火材料提出一些更高的要求,其品种、材质、性能、结构、使用寿命也都在不断发展中。功能耐火材料的品种会增加,新的功能耐火材料也会出现,如薄带连铸用钢水布流器和侧封板,中包透气装置或气幕墙、各种形式的过滤器等。本章仅对连铸用功能耐火材料的使用条件、材质、制造工艺、性能指标等进行基本介绍。

第一节 连铸“三大件”

长水口、浸入式水口和整体塞棒均为碳结合氧化物-石墨复合材料,是以氧化物和石墨为主要原料,以酚醛树脂为结合剂并加有少量外加剂制成的复合材料。连铸“三大件”使用条件苛刻,它们三者尤其是浸入式水口和整体塞棒的寿命对连浇时间的长短有较强的制约作用,另外其性能的好坏也对钢的质量有一定的影响作用。所以连铸“三大件”不仅要具有较高的使用性能,而且要具有较高的可靠性保证使用时避免发生质量事故。因此从研发的角度上出发要开发高质量、长寿命的产品,而在生产的角度上讲要保证生产的产品具有高度的重现性。

图9.1 浸入式水口示意图

一、使用条件及性能要求

目前普遍使用的长水口为免烘烤铝碳质长水口,使用前不烘烤,直接使用,所以要求长水口必须具有优异的抗热震性。使用过程中,钢水对内壁的冲刷是长水口损毁的主要原因之一,尤其是长水口出钢口处的冲刷,提高材料的抗冲刷性是改善长水口使用寿命的一碗部

本体

渣线

出钢口

个主要途径。另外,长水口也要具备一定的强度满足运输、使用等过程对强度的要求。中间包覆盖剂也会对长水口材料产生侵蚀,因此要求渣线要具有一定的抗侵蚀性。

浸入式水口使用前用煤气或其它加热方式烘烤,使其在1~2小时内升温到1000~1200℃,保证使用时不炸裂。烘烤过程中,浸入式水口内外均为氧化气氛:使用过程中浸入式水口外侧也为氧化气氛,而水口材质为含碳材料,碳在485℃以上容易氧化,所以水口内外必须涂敷防氧化涂料,保证水口材料在1250℃以下不氧化。加工、搬运、运输、安装以及使用时的流体冲击均要求浸入式水口具有一定的强度,这是保证产品能够使用的前提条件。当开始浇钢时,1550℃左右的钢水由中间包突然流入到浸入式水口内,水口要承受500℃左右的温差,要求浸入式水口要具有较好的抗热震性,才能满足进一步使用的要求。

另外浸入式水口部位不同,其使用条件也不同,所采用的材质也会不同。图9.1是浸入式水口的示意图,可以根据使用部位分为碗部、本体、渣线和出钢口。碗部与整体塞棒棒头配合控制钢液,要具有较高的抗钢液冲刷性才能保证钢液的平稳浇铸,碗部的选材一般与棒头材质类似。在使用过程中,渣线材料经受熔钢和熔渣的交替侵蚀,一般情况下铝碳材料和石英材料很难满足长时间浇铸的需要,锆碳材料由于具有较高的抗侵蚀性,是当前普遍选用的渣线材料。本体是连接碗部和渣线的材料,也是水口的主要材料,不仅要具有较好的抗热震性,还要具有一定的常温、高温强度满足使用时的需要,一般为铝碳材料。出钢口是钢水离开浸入式水口进入结晶器的部位,浸泡在钢水内,因此要具有较高的抗钢液侵蚀性和抗钢水冲刷性。

二、材质组成

一般情况下,长水口为铝碳材料,渣线与本体材料相同,特殊情况下可使用抗侵蚀性高的锆碳材料作为渣线。整体塞棒本体为铝碳材料,通常情况下渣线与本体材料相同,也有使用锆碳材料作为整体塞棒的渣线:棒头是整体塞棒的关键材料,根据浇铸钢种的不同棒头材料可以是铝碳材料、锆碳材料、镁碳材料、尖晶石-碳材料等。浸入式水口本体和出钢口为铝碳材料,渣线为锆碳材料,而碗部则一般与整体塞棒棒头的材质相对应。所以连铸“三大件”虽然有不同的功能,但有着相同或类似的材质组成、使用条件和性能要求等,因而在生产中几乎采用完全相同的生产工艺。

三、连铸“三大件”生产工艺

(一)原料选择

选择不同原料对连铸“三大件”产品的质量、性能和使用效果有着很大的影响,因此生产“三大件”产品对原料的纯度、杂质组成、粒度、结构形态等都有较严格的要求。连铸“三大件”所选用原料大体上可分为如下几种:主体氧化物原料,石墨原料,添加剂和有机结合剂等。使用多种高熔点、耐侵蚀氧化物原料,如各种类型的刚玉原料如电熔白刚玉、电熔棕刚玉、亚白刚玉、板状刚玉、α-Al2O3微粉和工业氧化铝微粉等,电熔氧化镁,电熔或烧结尖晶石,电熔氧化锆等。一般长水口或浸入式水口中添加少量的熔融石英,以便提高材料的抗热震性。电熔锆莫来石的使用可以使材料在高温使用时产生液相,提高材料高温时的抗氧化性和热稳定性。主体氧化物原料的种类、品质、粒度配比与产品强度、抗热震性、抗侵蚀性和抗冲刷性密切相关。原料的选择要以符合粒度要求、较高纯度为基准,否则会降低材料的使用效果。

连铸“三大件”产品中均采用大量天然鳞片状石墨,石墨对产品的作用主要是赋予材料高抗热震性以适应使用时高温熔体对材料的强烈热冲击和较高的抗渣渗透性。但其致命缺点是氧化问题,石墨的氧化和连铸操作条件、石墨的品质、粒度大小、材料中采用的防氧化措施等都有关系。石墨品质包括碳含量、杂质组成等以及石墨的粒度对材料的抗热震性、抗侵蚀性等都有着较大的影响作用。石墨中的碳含量一般要求大于95%,否则过多的

杂质将会对产品的性能产生不利的影响作用。

为有效的改善连铸“三大件”产品在使用时的性能,常在材料中加入一定量的、起一定功能的原料,如防氧化添加剂、缓冲热应力添加剂等。连铸“三大件”材料中含有较多石墨和结合碳,在产品组成设计时必须考虑防氧化问题。添加防氧化剂和表面涂覆防氧化涂料是在生产过程中常常采用的方法。为抑制或减缓石墨在使用过程中的氧化以提高使用寿命,常在配料中加入防氧化添加剂,常用的有金属铝、硅粉、碳化硅、碳化硼、Al-Si、Al-Mg合金等等。这些添加剂在热处理过程中生成非氧化物如SiC,Si3N4,Si2N2O,Sialon,AlN等可以改善材料的结合强度,防氧化添加剂本身或其在热处理中的生成物在使用过程中优先于石墨与氧反应,能将CO(g)还原成C,抑制制品中C的氧化速度。缓冲热应力添加剂是添加的物质在高温时形成液相,缓解热冲击时材料内部的热应力,提高材料的抗热震性,低熔点的物质如长石类、粘土等均可作为缓解热应力添加剂,但其添加量不宜过多,否则会对产品高温的使用性能尤其是抗侵蚀性造成不利的影响。

由于酚醛树脂对耐火骨料和石墨有良好的润湿性,连铸“三大件”一般选用酚醛树脂作为结合剂,结合剂的品质对坯料的混练、干燥、成型性能以及成品的显微结构和使用性能都有着直接的影响。酚醛树脂是苯酚和甲醛在酸性或碱性催化剂条件下加热,反复进行加成和缩合反应逐渐形成的。按硬化方式酚醛树脂分热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂,热塑性酚醛树脂需使用硬化剂固化,一般使用六次甲基四胺(乌洛托品)硬化。在加热时六次甲基四胺提供亚甲基作为树脂硬化的桥梁,同时放出氨气。另外MgO、CaO和Si等也是热塑性酚醛树脂的固化剂,它们也能在树脂固化时提供架桥作用。热塑性树脂的保质期较长,一般大于一年,质量的稳定性高,但使用时需加硬化剂,对生产造成了一定的不便。热固性树脂使用时不加硬化剂,但其保质期较短,夏天一般为一个月,冬天为三个月。酚醛树脂按形态可分为固态和液态酚醛树脂,生产中两种树脂均可使用。酚醛树脂的粘度、碳含量等是选择和使用树脂时的主要依据。

(二)生产过程

连铸“三大件”制品的生产过程一般如下:

1.原料称量:将各种原料按一定比例准确称量,称量误差一般不得大于0.5wt%;

预混:为使粉料混合的更加均匀,在混料前常将细粉等用混料设备如球磨罐、锥形混料机等混合均匀;

2.混料:将各种原料和结合剂混合均匀,由于石墨与其它氧化物原料的密度相差比较大,一般混练设备很难将料混合均匀,经常采用强制逆流高速混炼设备;

3.干燥:为保证成型,混好的料需要干燥,一般采用电热干燥箱、流化干燥床、干燥炕等设备干燥。干燥的温度根据所采用的酚醛树脂特性选择,一般不大于80℃,否则酚醛树脂会发生固化,降低材料的使用性能;

4.成型:一般连铸“三大件”为细长型管状件,适宜采用等静压成型,成型压力通常为100~150MPa。首先将钢件模具和橡胶模具固定好,将坯料装入预定位置,捣实,然后用橡胶模具密封,装入等静压设备内,按预定升压曲线到达指定压力并保压一定时间,随即按预定卸压曲线降低压力至0,压制过程结束。将成型后的物件由橡胶模中取出,进入下一道工序;

5.加工:由等静压压制后的物件形状不规整,与实际产品形貌有一定差距或者某些部位由于设计局限没有成型,均要求对压制后的物件进行机加工。机加工的设备根据需要可以是车床、磨床、铣床等,由于加工物件本身的特性,所用车刀与普通车刀不同,应选择耐磨性更好的车刀。加工可以在热处理前,也可在热处理之后。热处理前加工灰尘较小,一般工厂均选在热处理前进行加工;

6.热处理:热处理的目的是将材料中的酚醛树脂碳化,使材料中形成有一定网络

的碳结合。缓慢加热有利于材料中形成更加均匀的气孔结构,因此要求在热处理过程中升温速度不宜过快,而最高热处理温度也不宜过高,一般不大于1300℃,否则结合碳易脆化,降低材料的抗热震性。由于连铸“三大件”为含碳制品,热处理时气氛必须为非氧化性气氛,目前热处理的方式一般有四种:埋碳保护热处理即将物件放入匣钵中,周围放入焦炭,然后密封,放入热处理炉中进行处理:N2或Ar气氛保护热处理即热处理气氛为非氧化性气氛:涂层保护热处理即将物件表面涂覆防氧化涂料,在热处理过程中涂料形成致密的、连续的隔离层,阻止氧化的发生:气氛+涂层保护热处理即将涂层保护热处理和气氛保护热处理综合使用,达到更佳的热处理效果。热处理设备一般为倒焰窑、隧道窑或梭式窑等;

7.检测:对热处理后的物件首先检测是否变形,其尺寸尤其是安装尺寸是否符合

设计要求。肉眼观察或用专门的检测设备如X-Ray探伤仪检测物件是否存在缺陷。对每批物件进行质量检测,看其是否符合标准要求;

8.后期处理:主要包括三个方面一是表面涂覆防氧化涂层,二是特定位置包覆保

温纤维纸,三是铁壳的粘附和焊接。防氧化涂层的目的是防止材料在预热时和使用时的氧化,涂敷时一定要均匀,涂敷厚度要适宜,不宜过薄也不宜过厚,过薄防氧化效果不明显,过厚容易脱落造成材料在使用或烘烤时的氧化,涂敷次数根据涂料的特性而定,一般为2~4次即可。一般将浸入式水口外侧包覆纤维纸,用耐火泥粘接,起保温作用。快换水口和长水口端部一般装有铁壳,用以定位和密封,铁壳和材料之间用火泥密封;

9.干燥:主要将后期处理中由涂料和火泥引入的水分去除,干燥温度为110~150℃,

干燥时间视干燥温度而定;

10.包装:用木条或泡沫将成品固定于木箱内,并用泡沫压紧,然后钉箱,最后用

捆扎带将木箱外围紧固,防止运输过程中木箱的变形,准备发货。

(三)主要设备

1.高速混练设备

铝炭质长水口制品使用微细粉原料,并且使用了少量对改善长水口性能有益的原料,如果这些料混合不均匀将影响制品的质量,废品也将增加。还有鳞片状石墨在自由状态下具有与加压面平行取向的性质,如果不进行造粒,配合料就缺乏均匀性,铝炭长水口就容易产生裂纹和剥落。

高速混练机最佳的混合效果由一个旋转混合盘、通常一个或最多两个旋转混合工具、一个静态的多功能壁-底部刮刀来完成。混合工具数量少并根据不同的原材料和应用专门设计,维护工作量小。混合盘可以根据需要倾斜,在混料过程中产生较好的混料效果,图1是高速混练机示意图。其原理是料盘以低速顺时针方向转动,物料在中速逆时针方向旋转的搅拌耙的作用下得到翻滚并被送入高速搅拌器运行的轨迹内,高速搅拌器将物料抛起进行充分混合。由于旋转混合盘、搅拌耙、高速搅拌器三者之间的逆流相对运动,不仅使物料在料盘中水平移动,同时也作抛起的运动,从而使物料内不同成分发生高频变化,保证了高强度混合过程的进行,具有在短时间内均匀混合且有造粒的效果。改变了以往单纯的碾压揉搓作用,可使混合时间缩短在10min之内完成且没有颗粒料的二次破碎,也不结砣。

图9-2高速混练机示意图

2.等静压设备

冷等静压工艺是使相同的高压作用于物体所有表面,它应用于许多工业领域用于提高部件的强度和耐磨性。冷等静压是使装在密封的弹性模具中粉末加压压缩的过程,模具放入压力缸中,用泵打入液体介质,使高压均匀的作用于模具的所有表面。冷等静压的应用包括耐火材料工业的水口,模块和坩锅,硬质合金,石墨件,陶瓷绝缘子,化工工业用的管道,铁氧体,金属过滤器,部件预成型和塑料管,棒等。

3.流化干燥床

经过造粒后的配合料还有多余的挥发分,在成型过程中不仅容易产生裂纹,而且制品的气孔率也明显上升。流动干燥床的工作原理是用加热到适当温度的热风使配合料粒子悬浮,以除去多余的挥发分。流动干燥床根据流态化原理设计。所谓流态化,是指干燥床内床层上的物料受气流作用,当气流速度达到一定值以后,固体颗粒就会产生相互间的位置移动,若再增加气流速度,而床层的压力损失保持不变,固体颗粒在床层中就产生不规则的运动,呈沸腾状态,这时的物料就处于流态化。流动干燥床的热风从床层下部吹入,床层上部的物料在热风作用下处于流态化,物料与热风进行充分的热交换,既不破坏物料的物理结构又能快速烘干,克服了物料过分干燥或没干透的现象,对制品质量可控性提供了保障。

流动干燥床由热风室、干燥室、搅拌装置、机架、进料装置和出料装置组成。热风从热风室通过多孔箅板吹入干燥室,使物料处于流态化,并进行热交换,使物料干燥,如图2所示。

图9-3流化干燥床示意图

第二节 透气砖

随着炼钢洁净度要求的提高,透气砖吹氩精炼法以其投资少、操作简单的特点得到广泛的应用。透气砖的使用性能如何,对于精炼工艺的顺利实施和保证钢材的质量有着重要意义。

图9-4透气砖使用示意图

1:氩气管2:透气塞3:钢包衬4:钢包壳5:钢包渣

一 、使用条件及性能要求

透气砖首先要求有良好的透气性,图1是透气砖的使用示意图,气体搅拌是它的主要功能,气体的搅拌功能与气体流量有如下关系: E=)ln 1(4.222

1212p p T T RT Q +- 其中:K ——气体的搅拌能,W :

Q ——气体流量,m 3/s :

R ——气体常数:

T1——气体温度,K:

T2——钢液温度,K:

P1——钢包底压力,Pa:

P2——钢包顶压力,Pa:

因此由上面的公式可以看出,气体流量越大、钢包底压力越小既减压或真空状态下搅拌能越大。通过透气塞的气流速度,随喷吹压力的提高而增大,对毛细管孔透气塞而言二者呈对应关系,但对于无向性透气塞而言,其流速随其高度的增加而降低。透气塞上部钢水中的气体扩散成羽毛状小气泡,气泡在浮力的作用下上升,在0.1-0.3秒内膨胀,导致钢液循环。当通过透气砖往钢水中吹气体时,根据供气量和气流速度,形成两种特有的流动形貌既鼓泡和喷射,如图1所示。鼓泡区的特点是在喷口处生成单个的气泡,当气流量加大时,首先加快气泡的形成频率,而气泡体积则保持不变。气量在增大时气泡形成频率保持稳定,但气泡的体积增大,在此阶段,与喷口的直径无关。如果气量在进一步的增大,气流就会在过渡阶段连成一体,此刻的鼓泡区将变成一个以类沟状射流而喷出的区,即形成了喷射区。气体射流继而又碎成由许多比表面大的小气泡组成的卷流,在熔池表面的喷吹点区,上浮的气泡形成一股气流,垂直的钢水流就围着此气流而旋转。

图9-5鼓泡和喷射示意图

透气砖的工作面与高温钢水直接接触,受高温钢水以及不断流出的冷气流的影响,产生很大的温度梯度,且多次使用过程中的急热、急冷冲击,容易导致透气砖产生裂纹和剥落,因此要求透气砖材料要具有良好的抗热震性。

当氩气流射入钢水熔池时,气流回击并冲击透气砖出口前沿,产生“反冲击作用”:另外钢包底部钢水运动加剧,气相与液相相互作用形成湍流,对透气砖产生剪切力、冲刷作用,尤其是底吹透气砖高于包衬时,其被摧毁的速度更快,因此要求透气砖要具有良好的抗冲刷性和较好的高温力学性能。

透气砖的工作面与钢水的接触时间长,在整个使用过程中,熔渣和熔钢不断向砖中渗透,堵塞气体通道和侵蚀耐火材料。钢液渗入耐火材料的深度h与耐火材料气孔直径r、钢液与耐火材料的润湿角θ有关,其关系为ρghr=2σcosθ,g重力加速度:σ钢液表面张力:ρ:熔钢的密度,这也是在设计透气通道大小时的主要依据。渣中的CaO、SiO2、Fe2O3等氧化物与透气砖发生反应,生成低熔点化合物而发生侵蚀,因此要求透气砖不仅要有良好的透气性、抗热震性、抗冲刷性,还要具有较好的抗侵蚀性。

二、工艺过程

(一)原料选择

1.主体原料

主体原料特别是基质部分应选择纯度高、耐侵蚀性强的材料,使得透气砖在高温烧结时形成高熔点化合物,使用时液相量少且粘度高具有较高的抗渣渗透能力。电熔刚玉、板状刚玉、电熔尖晶石、电熔氧化镁等由于具有较好的耐侵蚀性和抗冲刷性,通常被选用作为透气砖的主体材料,细粉一般使用易烧结的氧化铝质微粉。进口板状刚玉由于结构致密、气孔率低、易烧结,经常被用作透气砖的主体材料。

2.氧化铬

为提高透气砖的抗侵蚀能力和改善材料的抗热震性,透气砖中常常加入一定量的氧化铬微粉。部分氧化铬在高温下与刚玉形成固溶体,强化了基质,提高了材料的抗侵蚀性:另外部分氧化铬进入到玻璃相中,有效的提高了玻璃相的粘度,从而使材料的高温强度得以提高。随着氧化铬加入量的增加,材料的高温强度也随之提高,但在添加量大于8wt%后对高温强度的影响较小,而且氧化铬价格较高,过量引入会使成本增加较多,所以氧化铬的添加量应小于8wt%,纯度为工业级。

3.结合剂

选用微粉作为结合剂,选取的原则是微粉的纯度高,加入后不会引入过多的杂质和增加基质液相量,且能够保证耐火材料较高的高温强度。微粉加入后能有效的置换出浇注料微孔中的游离水,抵抗外力变形的能力变弱:在水中,微粉颗粒会由于某种原因而带电荷,带有同种电荷的微粉颗粒之间的排斥作用使颗粒分散开来,并与细粉一起形成浆体分散于骨料颗粒之间,从而减少了骨料颗粒之间的摩擦力,改善了浇注料的流动性,一般选用烧结性较好的高纯氧化铝微粉作为主要的结合剂,并辅以硅微粉、铝酸钙水泥等。为保证透气砖具有优良的抗侵蚀性和耐氩气流较高的反冲击冲刷性能,细粉的级配要合理。

4.添加剂

为防止透气砖在烧成过程和使用过程中产生较大收缩,致使透气砖的透气通道扩大造成漏钢事故,或砖体产生裂纹造成安全事故,需加入一定量的膨胀添加剂,如MgO微粉等。

5.分散剂和减水剂

为保证在浇注成型时能获得较致密的皮提,减少施工水分,在制作过程中要引入一定量的分散剂和减水剂,并将无机和有机的分散剂和减水剂复合使用。

(二)工艺过程

透气砖的生产一般采用浇注成型和高温烧成相结合的工艺,也有采用机压成型和高温烧成相结合的工艺,前者的主要工艺过程如下:

1.配料:原料称量:将各种颗粒、粉料按一定比例准确称量,称量误差一般不得大于0.5wt%:

2.预混:颗粒级配严格,细粉含量多,为使粉料混合的更加均匀,减少粉料中结合剂、减水剂等团聚现象,在混料前常将细粉等用混料设备如球磨罐、锥形混料机等混合均匀,这样混出的细粉组分分布均匀,尤其是含量较少的减水剂等分布更加均匀:

3.混料:为将各种原料和结合剂混合均匀,经常采用强制式混练设备进行混练。通过严格控制加水量,并充分搅拌得到流动性好的泥料。首先将颗粒和预混好的细粉加入到混料机中,搅拌5~8min,然后加入适量水再搅拌5~10min即可:

4.成型:选用高频率震动台,在模具中加料后进行振动,待振动到表面泛浆,气泡不再溢出为止,这样可使混合料中的组分排列紧密和充满模型。成型过程中须将烧烬物如塑料条加入,以便成型出透气通道:

5.养护:成型后采取适当的措施,促进其硬化,当加有铝酸钙水泥时应在适当温度潮

湿的条件下进行养护,时间应大于24h:

6.干燥:首先在空气中进行自然干燥,干燥的时间应大于24h,自然干燥后透气砖的水分以不大于1wt%为宜。然后将透气材料放入干燥箱或干燥窑中进行干燥,在干燥时易出现开裂现象,为此须制定严格的升温制度、最高干燥温度以及保温时间等:

7.烧成:由于原料和基质的耐火度较高,出现液相的温度也较高。为此透气材料一般在温度大于1500℃,氧化气氛下烧成:

8.装配:将制好的透气材料与配套材料如座砖等装配好,准备发货。

第三节滑板

钢包钢水浇注控制系统有两种类型:塞棒水口和滑动水口。近年来随着钢液在钢包内精炼和脱气处理等新技术的应用,需要提高出钢温度和延长钢液在钢包内的停留时间,此时塞棒水口系统已不能适应要求,生产中已普遍采用滑动水口,这样可以简化钢包的准备工作、改善劳动条件、节约耐火材料、加快钢包的周转,并减少由于塞棒断头等造成的事故,为实现浇注的机械化和自动化创造条件。

一、使用条件及性能要求

滑板在使用过程中首先产生的是热震损伤,浇铸时滑板内孔突然与高温钢水接触受到强烈的热冲击,在铸孔外部产生了超过滑板强度的张应力,形成了以铸孔为中心的辐射状微裂纹。裂纹的出现为外来杂质的扩散、渗透提供了通道,加速了化学侵蚀:反过来化学反应又促进了裂纹的形成与发展,如此循环使铸孔扩大、损毁。同时高温钢水的冲刷损伤铸孔耐火材料,并造成剥落。因此,滑板要具有良好的抗热震性,不仅材料具有较高的抗热震性,而且合理的滑板结构也会对热震性产生一定的影响。

热化学侵蚀是滑板损毁的主要原因,滑板在使用过程中接触钢水和熔渣,发生一系列化学反应(主要是指钢中和渣中的CaO、Ca、Mn、MnO、FeO等成分与滑板材料发生反应),造成化学侵蚀。所以滑板要具有较高的抗侵蚀性,才能满足高寿命的要求。滑板材料在滑动过程中发生磨损,特别是当滑板有一定的损伤时,凝固的钢在滑动时会加速滑板的磨损。

由上面的分析可以看出,高质量、长寿命的滑板必须具有优良的抗热震性、不与钢液和熔渣发生化学反应、气孔率低具有较高的强度等。

二、分类

按组成滑动水口系统的滑板块数分,可分为两层式和三层式滑动水口。两层式滑板水口系统中有两块滑板,即上滑板和下滑板,操作时,上滑板固定不动,通过下滑板来进行截流和控流,其结构如图1所示。三层式滑板水口系统中有三块滑板,即上滑板、中间滑板和下滑板,操作时,上、下滑板固定不动,通过移动中间滑板来进行截流和控流,其结构如图2所示。

图9-6两层式滑动水口系统

图9-7三层式滑动水口系统

按操作方式分两层式滑板又可分为直进往复式和旋转式,直进往复式滑板在操作过程中滑板来回作直线运动进行功能操作。而旋转式滑动水口系统由固定盘(上滑板)、旋转盘(下滑板)及固定装置组成,在固定盘上开有一铸孔,在旋转盘上则开有2-3个不同或相同孔径的铸孔。通过旋转盘做圆周运动,借助于铸孔的重合或锆位来进行功能操作。

按滑板用途分类,滑板可分为中间包用滑板和钢包用滑板。

三、材质选择

最初选择为陶瓷结合的烧成高铝质滑板,主要以烧结氧化铝为原料,高温烧成和沥青浸渍,其使用寿命不是很高,主要是材料的抗热震性和抗侵蚀性都不适应严酷的使用条件。随后发展的是铝碳质滑板,有不烧和烧成铝碳滑板。铝碳滑板以烧结氧化铝和合成莫来石为主要原料,在基质部分添加碳组分和防氧化添加剂如金属铝、金属Si、SiC等,加入结合剂煤沥青或酚醛树脂混练成型。铝碳滑板较高铝滑板在使用中具有明显优异的抗热震性、抗剥落性和抗侵蚀性,在实际应用中迅速取代了高铝质,成为滑板材料的主流。但碳易氧化,导致结构疏松,侵蚀性降低。因此在铝碳质滑板的基础上又开发了铝锆碳质滑板,采用低膨胀率的Al2O3-SiO2-ZrO2系原料,以斜锆石、莫来石、刚玉等为主体原料,碳结合为结合相。利用锆莫来石中氧化锆在1000℃左右的晶型转变产生的体积效应,在晶粒内产生微裂纹,大大改善了滑板的抗热震性:另外ZrO2具有优良的抗侵蚀性,铝锆碳滑板的抗侵

蚀性明显优于铝碳滑板的抗侵蚀性。随继又有镁质、尖晶石、氧化锆质、镁-碳质、尖晶石-碳质等滑板出现,分别适用于某些特殊处理钢种浇注,几种材质的性能比较如表9-1。

MgO-C质滑板克服了方镁石滑板抗热震性差的缺点,在浇钢温度高、时间长以及钢水中氧和钙含量高的条件下,镁碳质滑板也获得了满意的使用效果。为提高质量,多数滑板浸渍沥青增加密度、强度,降低气孔率。随着锆莫来石、锆刚玉、金属、碳化物等原料的引入,石墨的精选,材料的热震稳定性、抗侵蚀性、抗氧化性、热态强度等性能得到了优化,滑板使用寿命逐步提高。当前国内大中型钢厂基本都选用烧成铝碳质滑板或铝锆碳质滑板。镁质、尖晶石滑板耐蚀性好,但热震性差,适于钙处理钢,常用于温度变化比较缓慢的小型滑板或中包滑板。氧化锆对低碱度MnO-SiO2渣有较高的抵抗能力,用于钙处理钢和高氧钢。氧化镁部分稳定的氧化锆质滑板具有优良的抗渣侵蚀性能,在苛刻的浇注条件下使用,寿命可高达10次以上。

表9-1不同材质滑板的理化指标

四、生产工艺

滑板的制造工艺因材质不同而有所不同,铝碳、铝锆碳材质滑板具有突出的抗热震性和抗侵蚀性,多年来一直是所用滑板的主体材料,也是各滑板生产厂家的主导产品。铝碳、铝锆碳滑板通过专门的滑板生产线生产,在产品上分为不烧和烧成两种,以烧成滑板为主,除烧成外二者在生产工艺上相同,下面就以烧成铝碳、铝锆碳滑板为例来说明其生产工艺特征。

(一)原料

铝碳滑板的主体原料为刚玉和碳素原料,主要添加的辅助原料有锆刚玉或锆莫来石、金属粉和非氧化物等用以提高和优化滑板抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性等使用性能。滑板的性能由原料的种类及配比,结合剂、添加剂的选择及制造工艺过程和参数,滑板的结构等因素决定。

1.刚玉原料

滑板的性能和所用何种品质Al2O3相关,Al2O3含量高,抗侵蚀性好,低时,抗热震性好,一般在85-95%,SiO2在5-12%,但目前趋向于减少SiO2含量。因此,刚玉原料是铝碳滑板最主要的原料,刚玉原料的选择要求品位要高,杂质含量要低,多选用电熔白钢玉、板状刚玉、致密刚玉等。锆莫来石(ZM)或锆刚玉(ZA)为生产高档次铝锆碳滑板所引入的主要材料,ZA或ZM具有比刚玉低的热膨胀率和高的抗侵蚀性,其作用是提高滑板的抗侵蚀性和抗热震性,以进一步提高滑板的使用寿命。

2 .碳素原料

碳具有良好的高温性能,在铝碳滑板中起着提高抗渣蚀和抗热震性的作用和一定的高温润滑作用,抗侵蚀性和抗热震性提高程度与石墨加入量成正比。石墨地加入使不烧或烧成铝碳滑板主要性能有所提高,使用寿命高于高铝滑板。碳成分可由石墨,焦油,焦碳,

或碳黑等引入,天然鳞片石墨抗氧化性好,碳黑等活性高,易和铝。硅等添加剂反应填充气孔以改善性能,所以采用两种碳更好些,一般碳含量为8-15%。

3 .金属和非氧化物添加剂

它们的主要作用是防氧化,同时还可起到提高强度的作用。添加剂有金属和非氧化物,常采用的有硅粉,金属铝粉,碳化硅,炭化硼等。由于在烧成过程中的反应他们对滑板的性能和显微结构有重要影响,一是金属添加物反应生成的碳化物或氮化物形成一定的陶瓷结合,提高滑板的强度:另外金属添加物反应生成的碳化物或氮化物提高滑板的抗氧化性,添加物或其在滑板烧成时的反应生成物在使用时先于石墨氧化,起到延缓石墨氧化的作用。几种添加剂在烧成和氧化气氛下的反应如下所示。

同时加入Al,Si,非氧化物的生成温度会降低。影响效果为:反应生成物填充空隙降低气孔率:反应生成物保护了碳结合和提供了一定程度的陶瓷结合,益于提高强度,在一定范围内随金属加入量增加而增加:抑制石墨氧化,部分解决由于石墨氧化而引发的一系列破坏性作用—碳氧化后强度降低不耐冲刷,气孔增加钢液渗入易于表面拉毛等。

4 .结合剂

采用酚醛树脂为结合剂,酚醛树脂结合剂润湿性好,流动性好,是一种较合适的结合剂。

(二)工艺过程

1.称量:原料称量:将各种颗粒、粉料按一定比例准确称量,称量误差一般不得大于0.5wt%;

2.预混:其目的是让微量添加剂充分分散均匀。烧成铝炭滑板的烧结,主要是基质部分细粉和微粉的烧结,在混合过程中,若有助于烧结的微量添加剂不均匀,不但添加剂失效,而且因热应力不均使产品产生局部裂纹;

3.混练:在强制混练机中混练。混料的一般顺序为:将颗粒和结合剂放入混练机中混合5min左右,然后放入细粉混练5min左右,放入石墨、添加剂等其它组分混练20min,总混练时间不得小于30min;

4.困料:将混好的料放置一定时期,增加料的塑性利于成型;

5.成型:大吨位液压机或摩擦压砖机:采用小孔成型后再扩孔、二面加压新工艺,不仅可以提高滑板铸孔周围密度,又解决成型层裂;

6.烧成:通常埋碳保护烧成,烧成温度一般在1350-1450℃;

7.油浸:该工艺可起到防止滑板裂纹,防止滑动水口机构吸入空气,减小滑板间摩擦力,增强材料结合强度。由于烧成铝炭滑板体积密度高,显气孔率较低,非真空敞开式煮沸法很难浸渍,通过高压真空浸渍,不仅能增炭,而且可改善砖的物理性能和使用性能;干馏处理:滑板浸渍沥青后,使用时沥青熔化流淌,粘住滑板和机构,挥发黄烟,污染环境,因此必须进行干馏炭化处理。掌握合适的干馏温度和保温时间,达到最佳效果。

8.加工:对滑板进行钻孔处理和表面磨光、磨平;

9.打箍:将非工作面用铁皮箍紧,防止使用时开裂,增加滑板的抗热震性;

10.涂润滑剂:从改善滑板表面平整度、光滑度出发,在滑板表面涂覆含石墨的润滑剂;

11.检验:对外观尺寸、缺棱深度、裂纹长度、滑动面平整度、凹坑等进行检查;

12.成品:经检验合格的产品进行包装、分类,准备运往现场使用。

第四节定径水口

定径水口是小方坯连铸用关键耐火材料,其性能优劣直接影响连浇时间。当前普遍采用的是锆质材料,锆含量不同,其使用寿命也由5-6小时至15小时以上不等。定径水口是

利用其孔径的大小来控制钢水流速,锆质定径水口失效的直接原因是扩径,定径水口扩径后,铸坯拉速加快,造成铸坯质量下降,引发拉漏事故。提高ZrO 2含量,减少杂质含量,提高致密度,减少气孔率,有助于提高抗侵蚀性和抗冲刷性,提高使用寿命。

一 、使用条件及性能要求

安装好的定径水口在使用前要同中间包一起进行烘烤,烘烤温度视钢厂的烘烤条件而定,一般要大于1000℃,烘烤条件不好的钢厂,温度只能达到800-900℃。使用时温度为1500℃左右的钢水直接与定径水口接触,对定径水口造成强烈的热冲击,因此要求定径水口具有良好的抗震性,否则在使用时会发生炸裂,直接影响浇铸的进行。钢水在定径水口中的流速可高达4m/s ,对定径水口内孔产生严重的冲刷,使水口直径扩大,引起拉速的加快甚至引发漏钢等事故,故要求定径水口的抗钢水冲刷性要好。定径水口材质与钢水接触时,钢水中的夹杂物(如Al 2O 3、CaO 、SiO 2、MgO 、Fe 、Mn 等)与氧化锆反应使之分解,生成非常细小的氧化锆颗粒和多元液相发生化学侵蚀,并进而随钢液流走使定径水口发生扩径。因此对定径水口的质量要求是:抗冲刷,耐侵蚀,热震稳定性好。

二 、定径水口设计原理

通过控制中间包内钢水液面在小范围波动和固定定径水口孔径的大小来达到控制拉速的目的,定径水口的直径是小方坯连铸时控流的主要手段。从中间包水口流出的钢水量的计算为:

gh d c Q 242

πρ=

又流出的钢水量与拉坯量相等,得到:

Q=abv ρ

二式联立得

gh

c abv

d 242π= 式中,d —中间包定径水口直径

a 、

b —分别为结晶器内腔横断面的宽度和厚度,cm

v —拉坯速度,cm/min :

h —中间包钢液面高度,cm :

g —重力加速度,9.8×100×(60)2cm/min 2

c —系数,c=λβ:

λ—流量系数,镇静钢取0.97-0.86(硅钢、高碳钢等取上限,低碳铝镇静取下限) β—水口初始截面的变化系数,初始时β=1

可以看出,在设计定径水口直径时,要考虑到连铸参数如铸坯宽度、厚度、拉坯速度、中间包液面高度等因素,钢种也是影响直径设计的因素之一。由上式还可以看出,在其它条件不变的情况下,定径水口直径的增加会使拉坯速度增加,说明在使用过程中水口直径的扩大会导致拉坯速度的增加,而如果保持拉坯速度不变,那么降低中间包液面的高度是唯一可行的保持浇铸进行的方法。

三 、定径水口分类

(一)按生产工艺分类

目前我国使用的普通锆质定径水口,根据其生产工艺,可分为全均质定径水口、直接复合定径水口、振动成型定径水口和镶嵌式定径水口四种。

1.全均质定径水口

图9-8全均质定径水口示意图图2直接复合定径水口示意图

全均质定径水口如图9-8所示。主要由锆英石和氧化锆按一定比例直接混合后,经成型、干燥、烧结而制成。烧成温度为1620-1650℃。其特点是组成、性能和结构比较均匀,可靠性较好,但成本较高。

2.直接复合定径水口

为降低成本,普通锆质定径水口可以做成直接复合型,如图9-9所示。水口本体由锆英石制成,水口定径端的内孔部位(工作面)由锆英石和氧化锆复合制成。复合部位的氧化锆含量为72%-78%。本体和复合部位同时成型,一次烧成,烧成温度为1620-1650℃。此种水口的成本比全均质定径水口低得多。由于水口本体和复合部位是同时成型和烧成,复合部位在使用时不会脱落。但是,由于氧化锆在1100~1250℃会发生马氏体相变并伴有体积变化,容易导致水口在使用时出现炸裂。因此,生产这种水口必须使用稳定氧化锆且含量不宜太高。由于稳定氧化锆与锆英石的热膨胀系数仍不一致,水口在使用时还可能会出现开裂。

3.振动成型定径水口

振动成型定径水口由水口芯、水口本体和铁皮外壳组成,如图3所示。水口芯由锆英石和氧化锆复合制成,烧成温度与全均质水口相同,水口本体为高铝料。该水口的制作方法是先将水口芯做好,然后将水口芯、高铝料和铁皮外壳用振动加压的办法成型在一起。成型好的水口不用再烧结,只需烘干。此种水口具有成本低、水口芯不易脱落的优点,缺点是长时间使用会因铁皮外壳熔化而漏钢。

图9-9振动成型定径水口示意图图9-10镶嵌式定径水口示意图

4.镶嵌式定径水口

镶嵌式定径水口如图9-10所示。水口本体(外套)由高铝料制成,水口芯由锆英石和氧化锆复合制成。水口本体和水口芯分别制作,然后用耐火泥将二者粘结在一起。其特点是比全均质水口成本较低,比直接复合定径水口热稳定性好,如果粘结不好,长时间使用时会出现水口芯脱落。

(二)按锆含量分类

根据定径水口中氧化锆含量的不同,可分为65(氧化锆含量65wt%)、75(氧化锆含量75wt%)、85(氧化锆含量85wt%)和95(氧化锆含量95wt%)四种类型,其中65、75、85为普通定径水口,其原料以锆英石和氧化锆为主,烧成温度为1620-1650℃。

95型为氧化锆材质,近年来随着中间罐镁质涂料尤其是干式料的推广应用,大部分钢厂中间罐的使用寿命明显提高,普通锆质定径水口已不能满足使用要求,必须使用抗侵蚀

性更好的氧化锆定径水口。目前浇钢用的抗侵蚀性最好的材料是氧化锆。由于氧化锆在1100~1250℃会发生马氏体相变并伴有体积变化,因此纯氧化锆不能用做制品。氧化锆定径水口一般都用氧化钙部分稳定氧化锆制成,也有使用氧化镁部分稳定氧化锆材料。氧化锆定径水口的烧成温度较高,约1800℃。在烧成条件不具备时,可采用加入烧结剂的办法,将烧成温度降至1650~1700℃。但低温(<1700℃)烧成的氧化锆定径水口的抗侵蚀性比高温烧成的差。由于氧化锆原料较贵,且烧成温度高,因此生产成本高、价格贵。为降低成本,氧化锆定径水口一般做成镶嵌式,即水口外套用较便宜的高铝料或锆英石制成,水口芯(工作面)用氧化锆制成。氧化锆定径水口可以实现多炉连浇,其使用时间可以>10h。(三)按临界粒度分类

根据所用原料颗粒的大小,95型氧化锆定径水口可以分为粗颗粒型、细颗粒型和陶瓷型三种。

1.粗颗粒氧化锆定径水口:氧化锆的最大粒度可达2mm。由于颗粒较粗,水口的热稳定性很好,使用时不会出现炸裂,但强度较低。与其它耐火材料相比,这种水口的抗侵蚀性很好,其使用时间为8~14h。

2.细颗粒氧化锆定径水口:氧化锆的粒径<50μm。因原料较细,水口的组织结构比较均匀,显气孔率明显比粗颗粒水口的低,因而抗侵蚀性比粗颗粒水口好,但热稳定性差一些。其使用时间为15~20h。

3.陶瓷型氧化锆定径水口:近几年,随着连铸技术水平的发展,有些钢厂连浇时间可以>20h,粗颗粒水口和细颗粒水口均不能满足使用要求,必须使用氧化锆陶瓷定径水口。致密氧化锆陶瓷定径水口的粒径<5μm,显气孔率<5%。这种水口的强度非常高,但热稳定性差,使用不当时会出现水口炸裂。在生产和使用这种水口时,必须采取措施,以降低水口开浇时所受的热应力,如采用薄壁水口内芯制成镶嵌式水口和提高开浇前水口的烘烤温度等。氧化锆陶瓷定径水口的优点是钢水流动均匀使铸机拉速稳定,连浇时间可以>20h,由于连浇时间长,不必频繁更换中间罐,减少损耗和停机(准备)时间,提高铸机的效率。

不同类型的氧化锆定径水口(水口芯)的性能如表2所示。目前,我国大部分钢厂的连浇时间<15h,从表2可知,粗颗粒氧化锆定径水口可以满足使用要求,此种水口我国已研制开发成功,目前国内尚未生产氧化锆陶瓷定径水口。

表2不同类型氧化锆定径水口性能

四、生产工艺

(一)原料

主体原料选用锆英石砂、斜锆石和电熔氧化锆等。锆英石熔点高、导热性好、热膨胀性低,难与酸发生作用,也不易与熔融金属润湿和与之发生反应,对渣、玻璃液都具有良好的抵抗性,因此可被用以制造抗侵蚀性好、抗热震性优良的定径水口。氧化锆是一高熔点化合物,在1100~1250℃会发生马氏体相变并伴有体积变化,因此需加入稳定剂MgO、

CaO、Y2O3等。在CaO做稳定剂的部分稳定氧化锆中,CaO的加入量通常为3%-8%或更多些:MgO做稳定剂时,氧化锆长期处在1000-1400℃温度下会发生分解:Y2O3的稳定效果最好,并且容易制造,但Y2O3为稀土矿物,价格昂贵,一般很少采用,但有时也采用复合稳定剂。部分稳定氧化锆的热震稳定性明显比其他种类的氧化锆原料高,研究结果表明由30%的单斜相和70%的立方相组成的氧化锆材料的热震稳定性最好。氧化锆原料依纯度高低不同,颜色可呈白色、淡黄色、米黄色等。

为降低水口的烧结温度,提高材料的烧结性,材料中需加入少量的烧结助剂,如MgO、Y2O3、稀土化合物等。

混料时所用结合剂以尽量少引入杂质成分为原则,一般加入有机物质作为暂时结合剂,如亚硫酸盐纸浆废液、糊精、聚乙二醇、木质素、烷基酸钙和磷酸等,以便成型和烧结。(二)锆质定径水口生产过程

1.配料:将各种颗粒、粉料按一定比例准确称量,称量误差一般不得大于0.5wt%;

2.预混:颗粒级配严格,细粉含量多,为使粉料尤其是含量少的添加剂混合的更加均匀,在混料前常将细粉等用混料设备如球磨罐、锥形混料机等混合均匀,这样混出的细粉组分分布均匀,有力于烧结,减少裂纹的发生;

3.混料:为将各种原料和结合剂混合均匀,经常采用强制式混练设备进行混练。首先将颗粒放到混料机中搅拌3~5min,然后加入适量结合剂搅拌3~5min,使结合剂均匀覆盖在颗粒表面:随后将称量好的细粉放入混练机中混练10~15min即可,混练过程中需注意清理粘在混练机底部和侧面的料,否则料可能会混的不均匀;

4.成型:一般用机压成型,成型压力不宜过高,否则定径水口坯体容易开裂,成型用磨具寿命短。定径水口长径比一般大于2,故成型时一般采取双面加压成型,可以提高坯体的致密度;

5.干燥:在烧成之前,需将混合时结合剂引入的水分排出,使坯体具有一定的强度,便于装窑和烧成。干燥的升温曲线和最高干燥温度要合理,使水分均匀的排出,减少对坯体的破坏;

6.烧成:将定径水口坯体装入高温窑内,按一定升温制度对坯体进行烧结处理。最高烧成温度视水口材料而定,一般大于1700℃。高温窑可以是梭式窑、隧道窑等;

7.拣选:烧成后的定径水口要进行拣选,拣选项目包括水口尺寸偏差、缺棱深度、裂纹大小、熔洞、变形等情况,定径水口芯内孔是检查的主要对象;

8.粘结装配:将水口芯和水口外套用火泥进行粘结,然后进行干燥,准备运到钢厂进行使用。

第五节其它功能耐火材料

一、中间包用陶瓷过滤器

近年来,随着钢铁工业在市场竞争中面临的挑战加剧,市场需求钢铁材料质量不断提高,因而产生了多种提高钢材质量的生产技术,同时也出现了使用陶瓷材料过滤器去除钢液夹杂物的技术,过滤器主要应用于在连铸中间包中,陶瓷过滤器的结构,主要有 3 种型式,即泡沫式、环状叠加式和直孔式,中间包中一般使用直通孔型的陶瓷过滤器。材质以氧化钙最为适宜,也有采用氧化锆质、氧化铝质或莫来石材质过滤器。多孔过滤器可以去除细小的Al2O3夹杂,并降低死区比率。过滤器的使用对去除钢中夹杂物有明显效果,甚至能去除部分小于5 um 的夹杂。钢水过滤器目前得到相当的重视,但由于钢水的高温、高密度、大表面张力、夹杂物的细微性钢水过滤器仍处于开发阶段。过滤器作为在钢水中两面受高温钢水侵蚀的耐火材料,是炼钢用高级陶瓷耐火材料,具备以下要求:高温下不软

化、不熔融;高温下不丧失结构强度;高温下体积稳定;具有抗热震性;高温下抗侵蚀能力;高温下足够的强度和耐磨性。炼钢用陶瓷泡沫过滤器是一种微孔结构材料,具有很高的疏松度(82%~90 %),每1cm 过滤器有10000cm 的过滤表面。为了有效的过滤杂质,过滤器材质要求:

1. 在于钢水的长时间接触过程中,过滤器能承受热应力和机械应力的作用;

2. 能抵抗钢水和渣的侵蚀而不发生化学破坏;

3. 既能有效去除夹杂物,有没有过大的妨碍钢水通过的阻力。

陶瓷过滤器通过以下几种机理去除夹杂:

1. 机械拦截(阻):大于过滤器孔径的夹杂物被机械拦截而不能通过;

2 .停留: 合金熔体被过滤器分割成许多细小的束流,进入层流边界层的夹杂物,移动速度极慢,由于速度差异较大,在有限时间内不能通过;

3. 吸附:夹杂物通过陶瓷过滤器内壁时,受到均匀的切变应力场作用,使之横向移动而被吸附到内壁上。

二、挡渣堰

根据中间包的流场情况,在中间包内设置若干挡渣堰,挡渣堰板在吸附钢水中的有害杂质的同时,还改变了钢水在中间包中的流态,使钢水在中间包内产生回流,均匀钢水成分和温度,从而使钢水中的各种夹杂物得以上浮,延长钢水流到水口的时间,实现钢水与夹杂物的有效分离。挡渣堰的材质有高铝质、铝硅质或镁质,但高铝质、铝硅质挡渣堰有可能成为新的氧化铝夹杂物来源,因此宜选用镁质挡渣堰。

三、脱硫喷枪

铁水炉外喷吹脱硫技术自50年代发展至今,得到了极为广泛的应用,并能较好的适应各种不同的脱硫剂,充分发挥脱硫剂的脱硫能力,达到优良的脱硫效果。然而,喷吹脱硫技术长期以来一直存在着脱硫喷枪寿命短、成本高等缺点,很多冶金工作者都在致力于这方面的研究,从而使喷吹脱硫技术在越来越高效的生产节奏中更有效的发挥作用,同时降低生产运行成本。喷枪是喷吹脱硫设备的重要组成部分,工作条件恶劣,在1350-1400℃的铁水中频繁承受着热冲击。喷枪损毁的主要原因是由于工作时强烈的温度梯度使喷枪承受了巨大的热应力,使枪体工作面上产生了纵向裂纹,这种裂纹的存在导致了浇注料层的剥落,加上渣和铁水的浸蚀,高温铁水浸人枪芯,进而烧坏内芯钢管,使喷枪无法继续使用。

通过对脱硫喷枪耐火材料的覆盖层进行研究发现:耐火材料覆盖层在50次寿命左右,熔渣侵蚀层很薄,说明熔渣侵蚀不是引起脱硫喷枪破损的主要原因。耐火材料覆盖层组织疏松,结合强度低,说明目前所使用的浇注料在脱硫喷枪的使用温度下未能进行好的烧结,致使覆盖层组织疏松,结合强度低。因此,要想提高喷枪使用寿命,在不断提高材料耐火性能和抗熔渣侵蚀性能的同时,关键是改善脱硫喷枪使用温度条件下的烧结性能、施工性能、使用性能以及调整浇注料烧后线膨胀率以及金属枪芯与耐火材料层之间的热膨胀匹配问题。

耐火材料重点

第一章: 1耐火材料的定义;耐火度不小于1580℃的无机非金属 材料分类:按化学成份、矿物组成分类1)氧化硅质2)硅酸铝质3)氧化镁质4)刚玉质5)白云石质MgCa(CO3)2 6)尖晶石质Fe2MgO4 7)橄榄石质Mg2SiO4 8)碳质9)含锆质10)特殊耐火材料 按化学性质分类;1)酸性耐火材料2)中性耐火材料3)碱性耐火材料 3、按制造方法分类块状耐火材料;不定形耐火材料;烧制耐火材料;熔铸耐火材料。 4、按耐火度分类普通耐火材料(1580~1770℃);高级耐火材料(1770~2000℃);特级耐火材料(大于2000℃)。 按密度分:轻质(气孔率45%-85%)、重质 生产过程中的基本知识,如一般生产工艺流程:原料加工→配料→混练→(成型)→干燥→烧成(熔制)→(成型)→检验→成品, 配料(颗粒级配又称(粒度)级配,由不同粒度组成的物料中各级粒度所占的数量,用百分数表示。)混料使两种以上不均匀物料的成分和颗粒均匀化,促进颗粒接触和塑化的操作过程称为混练。等内容; 耐火材料行业存在的问题1)钢铁行业竞争激烈,面临更大的成本压力2洁净钢的生产对耐火材料提出更高要求,除了要求长寿还要对钢水无污染3)研发有待加强,4)应注意可持续发展战略。 存在的差距: 1、通常用耐火材料综合消耗指标来衡量一个国家的钢铁工业与耐火材料的发展水平,我国吨钢消耗水还较高。(见下表) 2、耐火材料生产装备落后,新技术推广慢 3、原料不精,高纯原料的生产有困难。, 发展趋势:当今耐火材料的发展,一极是不定形化,而另一极则是定形耐火材料的高级化,概括起来就是朝着高纯化、精密化、致密化和大型化。着重开发氧化物和非氧化物复合的耐火材料。等。 问题:1合计可用作耐火原料总数为4000余种,其中常用于工业生产的耐火原料只有100种。why? 除了考虑熔点外,还要看它在自然界中存在的数量及分布情况,即作为耐火原料还应该具有来源广,成本低廉。在地球岩石层中,硅酸盐+铝酸盐数量最大占86.5%。金属Pt的熔点为1772℃,可以用作耐火原料,但是太昂贵了 2留意“烧成”与“烧结”的区别! 烧成是陶瓷、耐火材料制品烧成过程中最重要的物理、化学过程。所谓“烧结”,就是指坯体经过高温作用逐渐排出气孔而致密的过程。 第二章: 耐火材料的宏观结构、微观结构方面的知识, 如显微结构的类型;基质连续结构,主晶相连续结构;基质连续结构:液相数量较多或主晶相润湿性良好,主晶相被玻璃相包围起来,形成基质连续,主晶相不连续结构,如粘土砖。主晶相连续结构:液相数量较少或主晶相润湿不良,形成主晶相连续,基质不连续结构,如硅砖。 力学性能中抗折强度:材料单位面积所承受的极限弯曲应力,高温抗折强度:材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力、蠕变:材料在恒定的高温、恒定

《材料结构与性能》习题

《材料结构与性能》习题 第一章 1、一 25cm长的圆杆,直径 2.5mm,承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成 2.4mm,问: 1)设拉伸变形后,圆杆的体积维持不变,求拉伸后的长度; 2)在此拉力下的真应力和真应变; 3)在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系,存在S14。 3、求图 1.27 所示一均一材料试样上的 A 点处的应力场和应变场。 4、一陶瓷含体积百分比为95%的 Al 2O(3 E=380GPa)和 5%的玻璃相( E=84GPa),计算上限及下限弹性模量。如该陶瓷含有5%的气孔,估算其上限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图,分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的 关系。并注出: t=0,t= ∞以及 t= τε(或τσ)时的纵坐标。 6、一 Al 2O3晶体圆柱(图1.28 ),直径 3mm,受轴向拉力 F ,如临界抗剪强度τ c=130MPa,求沿图中所示之一固定滑移系统时,所需之必要的拉力值。同时 计算在滑移面上的法向应力。

第二章 1、求融熔石英的结合强度,设估计的表面能为 1.75J/m 2;Si-O 的平衡原子间距为 1.6 ×10-8 cm;弹性模量值从60 到 75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为:E=73GPa;γ =1.56J/m 2;理论强度。如材料中存在最大长度为的内裂,且此内裂垂直于作用力的方向,计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式: 与 是一回事。

4、一陶瓷三点弯曲试件,在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图 2.41所示。如果 E=380GPa,μ =0.24 ,求 KⅠc值,设极限载荷达50 ㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa,如在材料中有一垂直于拉应力方向的 中心穿透缺陷,长 8mm(=2c)。此钢材的屈服强度为 1400MPa,计算塑性区尺 寸 r 0及其与裂缝半长 c 的比值。讨论用此试件来求 KⅠc值的可能性。 6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂,如边裂长度为:①2mm;②0.049mm;③ 2μ m,分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为 2 1.62 MPa〃m。讨论诸结果。 7、画出作用力与预期寿命之间的关系曲线。材料系ZTA陶瓷零件,温度在 2 ,慢裂纹扩展指数-40 ,Y 取π 。设保 900℃, KⅠc为 10MPa〃m N=40,常数 A=10 证实验应力取作用力的两倍。 8、按照本章图 2.28 所示透明氧化铝陶瓷的强度与气孔率的关系图,求出经验公式。 9、弯曲强度数据为: 782,784,866,884,884,890,915,922,922,927,942, 944,1012 以及 1023MPa。求两参数韦伯模量数和求三参数韦伯模量数。 第三章 1、计算室温( 298K)及高温( 1273K)时莫来石瓷的摩尔热容值,并请和安杜龙—伯蒂规律计算的结果比较。 2、请证明固体材料的热膨胀系数不因内含均匀分散的气孔而改变。

耐火材料复习

1、.耐火材料的化学成分、矿物组成及微观结构决定了耐火材料的性质; 2、耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。 耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性,即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度,它表示耐火材料的基本性能。 3、耐火材料的分类方法很多,其中主要有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。 酸性耐火材料:硅质,半硅质,粘土质 中性耐火材料:碳质,高铝质、刚玉质、锆刚玉质、铬质耐火材料 两性氧化物: Al2O3、Cr2O3 碱性耐火材料一般是指以MgO、CaO或以MgO·CaO为主要成分的耐火材料,镁质、石灰质、白云石质为强碱性耐火材料;镁铬质、镁硅质及尖晶石质为弱碱性耐火材料。 (1)硅质耐火材料含SiO2在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料,主要包括硅砖及熔融石英制品。硅砖以硅石为主要原料生产,其SiO2含量一般不低于93%,主要矿物组成为磷石英和方石英,主要用于焦炉和玻璃窑炉等热工设备的构筑。熔融石英制品以熔融石英为主要原料生产,其主要矿物组成为石英玻璃,由于石英玻璃的膨胀系数很小,因此熔融石英制品具有优良的抗热冲击能力。 (2)镁质耐火材料是指以镁砂为主要原料,以方镁石为主晶相,MgO含量大于80%的碱性耐火材料。通常依其化学组成不同分为: 镁质制品:MgO含量≥87%,主要矿物为方镁石; 镁铝质制品:含MgO >75%,Al2O3含量一般为7-8%,主要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石(MgAl2O4);镁铬质制品:含MgO>60% ,Cr2O3含量一般在20%以下,主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石; 镁橄榄石质及镁硅质制品:此种镁质材料中除含有主成分MgO外,第二化学成分为SiO2。镁橄榄石砖比镁硅砖含有更多的SiO2,前者的主要矿物成分为镁橄榄石,其次为方镁石;后者的主要矿物为方镁石,其次镁橄榄石; 镁钙质制品:此种镁质材料中含有一定量的CaO,主要矿物成分除方镁石外还含有一定量的硅酸二钙(2 CaO?SiO2)。 3)白云石质耐火材料 以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。主要化学成分为:30-42%的MgO 和40-60%的CaO,二者之和一般应大于90%。其主要矿物成分为方镁石和方钙石(氧化钙)。 4)碳复合耐火材料 碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料与相应的耐火氧化物复合生产的耐火材料。一般而言,碳复合材料主要包括镁碳制品、镁铝碳制品、锆碳制品、铝碳制品等。 5)含锆耐火材料 含锆耐火材料是指以氧化锆(ZrO2)、锆英石等含锆材料为原料生产的耐火材料。含锆耐火材料制品通常包括锆英石制品、锆莫来石制品、锆刚玉制品等。 (6)特种耐火材料 碳质制品:包括碳砖和石墨制品; 纯氧化物制品:包括氧化铝制品、氧化锆制品、氧化钙制品等; 非氧化物制品:包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化锆、硼化钛、塞伦(Sialon)、阿伦(Alon)制品等; 1.3耐火材料的组成、结构与性质 耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料,在使用过程中除承受高温作用外,还不同程度地受到机械应力、热应力作用,高温气体、熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损。 耐火材料的性质主要包括化学-矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质及高温使用性质等。

耐火材料的六大使用性能

耐火材料的六大使用性能 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗酸性、抗碱性、抗氧化性、抗水化性和抗CO侵蚀性等。 (一般)耐火度 耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质,用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。 耐火度与熔点不同,熔点是结晶体的液相与固相处于平衡时的温度。绝大多数耐火材料都是多相非均质材料,无一定熔点,其开始出现液相到完全熔化是一个渐变过程。在相当宽的高温范围内,固液相并存,固如欲表征某种材料在高温下的软化和熔融的特征,只能以耐火度来度量。因此,耐火度是多相体达到某一特定软化程度的温度。 耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质,用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。耐火度是判定材料能否作为耐火材料使用的依据。 国际标准化组织规定耐火度达到1500℃以上的无机非金属材料即为耐火材料。耐火度的意义与熔点不同,不能把耐火度作为耐火材料的使用温度。 (二)荷重软化温度

荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度,是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标,它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。 荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度,是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标,它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。耐火材料高温荷重变形温度是其重要的质量指标,因为它在一定程度上表明制品在与其使用情况相仿条件下的结构强度。决定荷重软化温度的主要因素是制品的化学矿物组成,同时也与制品的生产工艺直接相关 (三)重烧线变化(高温体积稳定性) 首先应当了解耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时,制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品,一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形,重烧线变化也称残余线变形。 耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性,保证砌体的稳定性,减少砌体的缝隙,提高其密封性和耐侵蚀性,避免砌体整体结构的破坏,都具有重要意义。 耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时,制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品,一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形,重烧线变化也称残余线变形。耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性,保证砌体的稳定性,减少砌体的缝隙,提高其密封性和耐侵蚀性,避免砌体整体结构的破坏,都具有重要意义。

耐火材料概论知识点总结

硅砖的应用:是焦炉、玻璃熔窑、高炉热风炉、硅砖倒焰窑和隧道窑、有色冶炼和酸性炼钢炉及其它一些热工设备的良好筑炉材料。 粘土质耐火材料的原料 软质粘土 生产过程中通常以细粉的形式加入,起到结合剂和烧结剂的作用。苏州土和广西泥是我国优质软质粘土的代表。 硬质粘土 通常以颗粒和细粉的形式加入,前者起到配料骨架的作用,后者参与基体中高温反应,形成莫来石等高温形矿物。 结合剂 水和纸浆废液 粘土质耐火材料制品原料来源丰富,制造工艺简单,产量很大,广泛用于各种工业窑炉和工业锅炉上。如隧道窑,加热炉和热处理炉等的全部或大部分炉体,排烟系统内衬用耐火材料,其中钢铁冶金系统是粘土质耐火材料制品的大用户,用于盛钢桶,热风炉、高炉、焦炉等使用温度在1350℃以下的高温部位。 铝矾土的加热变化 a. 分解阶段(400~1200℃) b 二次莫来石化阶段(1200~1400℃或1500℃) 二次莫来石化时发生约10%的体积膨胀 c. 重结晶烧结阶段(1400~1500℃)。 ? 高铝质耐材的应用 ? 由于高铝质耐火材料制品的优良性能,因而被广泛应用于高温窑炉一些受炉气、炉 渣侵蚀,温度高承受载荷的部位。例如高铝风口、热风炉炉顶、电炉炉顶等部位。 ? 硅线石族制品具有较高的荷重软化温度、热震稳定性好、耐磨性和抗侵蚀性优良, 因此适用于钢铁、化工、玻璃、陶瓷等行业,如用作烟道、燃烧室、炉门、炉柱、炉墙及滑板等。在高炉上,为确保内衬结构的稳定性、密封性,避免碱性物的侵入和析出,或风口漏风,在出铁口、风口部位,选择内衬大块型组合砖结构的硅线石族耐火材料,延长了使用寿命。 ? 莫来石制品的抗高温蠕变、抗热震性能力远远优于包括特等高铝砖在内的其它普通 高铝砖 ,广泛应用于冶金工业的热风炉、加热炉、钢包,建材工业的玻璃窑焰顶、玻璃液流槽盖、蓄热室,机械工业的加热炉,石化工业的炭黑反应炉,耐火材料和陶瓷工业的高温烧成窑及其推板、承烧板等窑具。 刚玉耐材的原料 氧化铝 所有熔点在2000℃以上的氧化物中,氧化铝是一种最普通、最容易获 得且较为便宜的氧化物。氧化铝在自然界中的储量丰富。天然结晶的 Al 2O 3被称为刚玉,如红宝石、蓝宝石即为含Cr 2O 3或TiO 2杂质的刚玉。大 232232400~600()H O Al O H O Al O αα-?????→-℃刚玉假象+23222322400~600222H O Al O SiO H O Al O SiO ?????? →?℃+23223229503(2)324SiO Al O SiO Al O SiO ????→?℃+232232 12003232Al O SiO Al O SiO ≥+????→?℃

材料结构与性能试题及详细答案

一、名词解释(分) 原子半径,电负性,相变增韧、气团 原子半径:按照量子力学地观点,电子在核外运动没有固定地轨道,只是概率分布不同,因此对原子来说不存在固定地半径.根据原子间作用力地不同,原子半径一般可分为三种:共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径.通常把统和双原子分子中相邻两原子地核间距地一半,即共价键键长地一半,称作该原子地共价半径();金属单质晶体中相邻原子核间距地一半称为金属半径();范德瓦尔斯半径()是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引地两相邻原子核间距地一半,如稀有气体.资料个人收集整理,勿做商业用途 电负性:等人精确理论定义电负性为化学势地负值,是体系外势场不变地条件下电子地总能量对总电子数地变化率.资料个人收集整理,勿做商业用途 相变增韧:相变增韧是由含地陶瓷通过应力诱发四方相(相)向单斜相(相)转变而引起地韧性增加.当裂纹受到外力作用而扩展时,裂纹尖端形成地较大应力场将会诱发其周围亚稳向稳定转变,这种转变为马氏体转变,将产生近地体积膨胀和地剪切应变,对裂纹周围地基体产生压应力,阻碍裂纹扩展.而且相变过程中也消耗能量,抑制裂纹扩展,提高材料断裂韧性.资料个人收集整理,勿做商业用途 气团:晶体中地扩展位错为保持热平衡,其层错区与溶质原子间将产生相互作用,该作用被成为化学交互作用,作用地结果使溶质原子富集于层错区内,造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别.这种不均匀分布地溶质原子具有阻碍位错运动地作用,也成为气团.资料个人收集整理,勿做商业用途 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用.(分) 答:从交互做作用地性质来说,可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类.弹性交互作用:位错与溶质原子地交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起地弹性畸变与位错间地弹性交互作用.形成气团,甚至气团对晶体起到强化作用.弹性交互作用地另一种情况是溶质原子核基体地弹性模量不同而产生地交互作用.资料个人收集整理,勿做商业用途 化学交互作用:基体晶体中地扩展位错为保持热平衡,其层错区与溶质原子间将产生相互作用,该作用被成为化学交互作用,作用地结果使溶质原子富集于层错区内,造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别,具有阻碍位错运动地作用.资料个人收集整理,勿做商业用途 静电交互作用:晶体中地位错使其周围原子偏离平衡位置,晶格体积发生弹性畸变,晶格畸变将导致自由电子地费米能改变,对于刃型位错来讲,滑移面上下部分晶格畸变量相反,导致滑移面两侧部分地费米能不相等,导致位错周围电子需重新分布,以抵消这种不平衡,从而形成电偶极,位错线如同一条电偶极线,在它周围存在附加电场,可与溶质原子发生静电交互作用.资料个人收集整理,勿做商业用途 三、简述点缺陷地特点和种类,与合金地性能有什么关系(分) 答:点缺陷对晶体结构地干扰作用仅波及几个原子间距范围地缺陷.它地尺寸在所有方向上均很小.其中最基本地点缺陷是点阵空位和间隙原子.此外,还有杂质原子、离子晶体中地非化学计量缺陷和半导体材料中地电子缺陷等.资料个人收集整理,勿做商业用途 在较低温度下,点缺陷密度越大,对合金电阻率影响越大.另外,点缺陷与合金力学性能之间地关系主要表现为间隙原子地固溶强化作用.资料个人收集整理,勿做商业用途 四、简述板条马氏体组织地组织形态、组织构成与强度与韧性地关系.(分) 答:板条马氏体地组织形态主要出现在低碳钢中,由许多成条排列地马氏体板条组成,大致平行地马氏体条组成地领域为板条束.每个晶粒内一般有个板条束,束地尺寸约为μ.一个马氏体板条束又由若干个板条组成,这些板条具有相同地惯习面,位向差很小,而板条束之间

耐火材料各性质

耐火材料的力学性质 耐火材料的力学性质是指材料在不同温度下的强度、弹性、和塑性性质。耐火材料在常温或高温的使用条件下,都要受到各种应力的作用而变形或损坏,各应力有压应力、拉应力、弯曲应力、剪应力、摩擦力、和撞击力等。 此外,耐火材料的力学性质,可间接反映其它的性质情况。 检验耐火材料的力学性质,研究其损毁机理和提高力学性能的途径,是耐火材料生产和使用中的一项重要工作内容。 4.1 常温力学性质 4.1.1 常温耐压强度σ压 定义;是指常温下耐火材料在单位面积上所能承受的最大压力,也即材料在压应力作用下被破坏的压力。 常温耐压强度σ压=P/A ,(pa) 式中;P—试验受压破坏时的极限压力,(N); A—试样的受压面积,(m2)。 一般情况下,国家标准对耐火材料制品性能指标的要求,视品种而定。其中,对常温耐压强度σ压的数值要求为50Mpa左右(相当于500kg/cm2);而耐火材料的体积密度一般为2.5g/cm3左右。据此计算,因受上方砌筑体的重力作用,导致耐火材料砌筑体底部受重压破坏的砌筑高度,应高达2000m以上。 可见,对耐火材料常温耐压强度的要求,并不是针对其使用中的受压损坏。而是通过该性质指标的大小,在一定程度上反映材料中的粒度级配、成型致密度、制品烧结程度、矿物组成和显微结构,以及其它性能指标的优劣。 体现材料性能质量优劣的性能指标的大小,不仅反映出来源于各种生产工艺因素与过程控制,而且反映过程产物气、固两相的组成和相结构状态以及相关性质指标间的一致性。一般而言,这是一条普遍规律。 4.1.2 抗拉、抗折、和扭转强度 与耐压强度类似,抗拉、抗折、和扭转强度是材料在拉应力、弯曲应力、剪应力的作用下,材料被破坏时单位面积所承受的最大外力。与耐压强度不同,抗拉、抗折、和扭转强度,既反映了材料的制备工艺情况和相关性质指标间的一致性,也体现了材料在使用条件下的必须具备的强度性能。抗折强度σ折按下式计算。

材料性能期中答案

1、What is the definition for Materials Properties (MP )?How do we classify materials properties?And please list some classification for MP.(材料特性(MP )的定义是什么?我们如何分类材料特性,请列出一些MP 的分类。) 答:MP :Materials ’Response to External Stimulus. 材料性能:材料在给定的外界条件下的行为。 怎样分类:根据材料对外界刺激做出的响应的类型进行分类。 分类:复杂性能(使用性能,工艺性能,复合性能) 化学性能(抗渗入性,耐腐蚀性等) 力学性能(刚度强度韧性等) 物理性能(热学光学磁学电学性能) 2. What is the core relationship between materials science and engineering? In order to obtain desired materials properties, what should we consider first to do with the materials? (材料科学与工程的核心是什么关系?为了获得所需的材料性能,我们应该首先考虑的材料的什么?) 答:材料科学与工程学的核心关系是性能(课件上面那个三角形的图) 为了提高对于材料性能的期望,我们首先要研究材料的结构与性能的关系,即研究材料学。 3. What is the most determinant for Materials mechanical properties? Why?(材料力学性能的决定因素是什么?为什么呢?) 答:材料的力学性能主要指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能,影响材料力学性能的最重要的因素是材料的结构。这些结构包括:subatomic-atomic-molecular-nano-micro-macro.由于材料的结构决定了材料的屈服强度,塑性韧性,刚度等性质,所以材料的结构对材料的力学性能影响最大。 4. what is strength of materials? Please try to identify the difference yield strength ,tensile strength ,fatigue strength and theoretical fracture strength? (材料的强度是什么?请尝试找出屈服强度,拉伸强度,疲劳强度和理论断裂强度的差异?)(中文ppt) 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力就是材料的强度。 屈服强度代表材料开始产生明显塑性变形的抗力 疲劳强度是材料在承受大小和方向同时间做周期性变化的交变应力时,往往在远小于强度极限甚至小于屈服极限的应力作用下就发生断裂。 理论断裂强度是无缺陷材料的理论预测值, 其中E 为杨氏模量,为解理面的表面能,a 为材料内部原子间的距离 5.Please describe yielding phenomena for materials, and its practical/engineering meaning. As long as there are no yielding phenomena for some materials, how do we determine the yield strength? (请描述为材料的屈服现象(书上p16),其实际/工程意义。有一些材料没有屈服现象,我们如何确定的屈服强度?) 屈服现象是材料开始产生明显塑性变形的标志,对应图中bd 段, 2 1)(a E c s γσ≈

材料结构与性能(珍藏版)

材料结构与性能(珍藏版) 一、何为金属键?金属的性能与金属键有何关系? 二、试说明金属结晶时,为什么会产生过冷? 三、结合相关工艺或技术说明快速凝固的组织结构特点。 四、画出铁碳合金相图,并指出有几个基本的相和组织?说明它们的结构和 性能特点。 五、说明珠光体和马氏体的形成条件、组织形态特征和性能特点。 六、试分析材料导热机理。金属、陶瓷和玻璃导热机制有何区别?将铬、 银、Ni-Cr合金、石英、铁等物质按热导率大小排序,并说明理由。 七、从结构上解释,为什么含碱土金属的玻璃适用于介电绝缘? 八、列举一些典型的非线性光学材料,并说明其优缺点。 九、什么是超疏水、超亲水?超疏水薄膜对结构与表面能有什么要求? 十、导致铁磁性和亚铁磁性物质的离子结构有什么特征? 答案自测 特别重要的名词解释 原子半径:按照量子力学的观点,电子在核外运动没有固定的轨道,只是概率分布不同,因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同,原子半径一般可分为三种:共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半,即共价键键长的一半,称作该原子的共价半径(r c);金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径 (r M);范德瓦尔斯半径(r V)是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半,如稀有气体。

电负性:Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值,是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧:相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相(t相)向单斜相(m相)转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时,裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变,这种转变为马氏体转变,将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变,对裂纹周围的基体产生压应力,阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量,抑制裂纹扩展,提高材料断裂韧性。 Suzuki气团:晶体中的扩展位错为保持热平衡,其层错区与溶质原子间将产生相互作用,该作用被成为化学交互作用,作用的结果使溶质原子富集于层错区内,造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用,也成为Suzuki气团。

无机材料方面耐火材料技术总结

绪论 1、耐火材料的定义:耐火度不小于1580℃的无机非金属材料(传统定义); 耐火度不小于1500℃的非金属材料及制品(ISO的定义)。 2、耐火材料的分类 按化学矿物组成分类:硅质耐火材料、镁质耐火材料、白云石质耐火材料、碳复合耐火材料、含锆耐火材料、特种耐火材料。 耐火材料按化学属性大致可分为酸性耐火材料(硅砖和锆英石砖)、中性耐火材料(刚玉砖、高铝砖、碳砖)、碱性耐火材料(镁砖、镁铝砖、镁铬砖、白云石砖)。 根据耐火度的高低:普通耐火材料:1580~1770℃、高级耐火材料:1770~2000 ℃、特级耐火材料:>2000℃ 依据形状及尺寸的不同:标普型、异型、特异型。 按成型与否分:定型耐火材料、不定型耐火材料。 按烧制方法分:烧成砖、不烧砖、熔铸砖。 第一章 3、耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料,面临:承受高温作用;机械应力;热应力;高温气体;熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损。 4、耐火材料的性质主要包括化学-矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质及高温使用性质等。(1)化学组成: 主成分是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐火基体的成分。 杂质成分耐火材料中由原料及加工过程中带入的非主要成分的化学物质(氧化物、化合物等)添加成分为了制作工艺的需要或改善某些性能往往人为地加入少量的添加成分,引入添加成分的物质称为添加剂。 (2)矿物组成耐火材料的矿物组成一般分为主晶相和基质两大类。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。 5、耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。耐火材料中的气孔可分为三类:开口气孔(显气孔)、贯通气孔、闭口(封闭)气孔。 6、气孔产生的原因:1)原料中的气孔(原料没有烧好);2)制品成型时,颗粒间的气孔。 7、耐火材料的力学性质是指制品在不同条件下的强度等物理指标,是表征耐火材料抵抗不同温度下外力造成的形变和应力而不破坏的能力。耐火材料的力学性质通常包括耐压强度、抗折强度、耐磨性及高温蠕变等。 8、透气度与贯通气孔的数量、大小、结构和状态有关,并随着制品成型时的加压方向而异。 9、耐火材料的耐压强度包括常温耐压强度和高温耐压强度,分别是指常温和高温条件下,耐火材料单位面积上所能承受的最大压力 10、耐火材料的抗折强度包括常温抗折强度和高温抗折强度,分别是指常温和高温条件下,耐火材料单位截面积上所能承受的极限弯曲应力。它表征的是材料在常温或高温条件下抵抗弯矩的能力,采用三点弯曲法测量。 11、耐磨性是指耐火材料抵抗坚硬的物体或气流的摩擦、磨损、冲刷的能力。 12、耐火材料的高温蠕变性能是指在某一恒定的温度以及固定载荷下,材料的形变与时间的关系。 13、耐火材料的体积或长度随着温度的升高而增大的物理性质称为热膨胀。 14、耐火材料在无荷重条件下,抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度。耐火度通常都用标准测温锥的锥号表示(上2,下8,高30mm)。 15、测定耐火材料耐火度试验方法的要点是:将由被测耐火原料或制品制成的试锥与已知耐火度的标准测温锥一起置于锥台上,在规定的条件下加热并比较试锥与标准测温锥的弯倒情况,直到试锥顶部弯倒接触底盘,此时与试锥弯倒的标准温锥可代表的温度即为该试锥的耐火度。

耐火材料性能测定实验

耐火材料性能测定实验 一、实验目的 1、 2、 3、 : : 二、耐火材料的定义〔参考:耐火材料(教科书)〕 三、耐火材料的分类和用途〔:耐火材料(教科书)〕 四、耐火材料的生产流程和工艺〔参考:耐火材料(教科书)〕 五、耐火材料性能测定的意义〔参考:耐火材料的性能测定与评价(到图书馆借阅)〕 六、耐火材料有哪些性能测定〔参考:耐火材料的性能测定与评价(到图书馆借阅)〕 我们选做其中二个性能测定实验 (一)耐火材料高温导热系数测定(实验资料见下面) (二)耐火材料抗热震性能测定,而且选用电炉加热实验的方法〔参考:耐火材料的性能测定与评价(到图书馆借阅)〕 (一)耐火材料高温导热系数测定 一、实验目的 1、巩固和深化稳定导热过程的基本理论,学会材料高温导热系数的测定方法及测量装置的工作原理。 2、测定试件的导热系数,确定试件导热系数与温度的关系。 二、基本原理 导热系数是耐火、绝热、保温材料的重要热物理参数之一,是材料绝热与保温性能优劣的主要指标。测定这些材料的导热系数,特别是高温条件下的导热系数,对于研究材料性质的现代理论,及深入了解热传导过程的机理,是十分必要 的。 导热系数测定装置,是根据付立叶单向度平壁稳定导热过程的基本原理,来测定耐火、绝热和保温材料的高温导热系数。实践证明,当长度与宽度为厚度的8 ~10倍以上时,平壁边缘的影响可以忽略不计。这样的平壁导热可简化为一维导 热,这时的导热可认为只沿厚度(X轴)方向进 行。见图1一1所示。

根据付立叶导热方程式写成: dx dT q λ= [W/m 2] (8—1) 将(1)式积分得:)T T (q 21-=δ λ [W/m 2] (8—2) 通过面积A 的热流量Q 为: )T T (A Q 21-?= δλ [W] 所以: )T A(T Q 21-?=δ λ [W/(m ·k )] (8—3) 式中:λ——高温导热系数 [W/(m ·k )] q ——热流密度 [W/m 2] A ——试件测试区面积 [m 2] δ——试件厚度 [m ] T 1——试件高温面温度 [K] T 2——试件低温面温度 [K] 因此,只要在实验过程中测定了T 1,T 2和Q ,并已知试件的厚度δ和测量面积A ,就可以通过式(3)计算出被测材料在平均温度[(T 1+T 2)/2]下的导热系数。 三、测定装置 测定装置主要由单方向加热炉、控温系统和蒸汽量热装置等三部分组成。见照片8-1。 1、单方向加热炉的结构示意图见图8-2所示。加热炉由经过处理的硅碳棒作发热体;炉衬用耐火、耐热的保温材料砌成;在炉腔底部放置碳化硅板作为均热板。均热板的中心处,从下面伸出一热电偶,用来测量试件高温面的温度,均热板上面放置被测试件,试件上面中心处放置另一个热电偶,用来测量试件低温面的温度。试件四周设有耐火耐热保温材料的衬环。 照片8-1 2、加热炉由数字温度控制器和可控硅等组成的控温系统来进行加热和控温。 3、量热装置主要由量热筒、恒温筒、保温筒、设有隔热环及汽体浮化膜的底盘和汽水分离器等组成(其结构示意图见图8-3)。量热装置中心的量热筒是整个装置的核心,它吸取来自单方向加热炉通过试件的热量,使其内部的纯蒸馏水变成一个大气压下100℃的水蒸汽。水蒸汽经过多级汽水分离器分离后,进入冷凝器冷凝成水。根据冷凝水的重量,便可求得通过试件的热流量Q 。汽水分离器的作用是把由于水的激烈沸腾而混入蒸汽的微小水滴与纯蒸汽分离开来,使测量数据更加准确。 图1—1 单向平壁的一维 导热过程示意图

特种硅溶胶与特种耐火材料

特种硅溶胶与特种耐火材料

铸造用硅溶胶 ●使用性能要求 ?优良的常温稳定性?与耐火材料良好的兼 容性 ?较快的干燥速度?较高的湿强度 ?适中的高温强度?较低的残留强度●性能指标要求?SiO2%: 15~50 ?粒经(nm): 5~100?pH:3-7 或9-10.5?Na2O%:0.3~0.8?粘度(25℃):5-16?比重:1.1~1.4

快干(加强型)硅溶胶 ●普通硅溶胶通过物理或化学方法改性、使其更适合 精密铸造使用的硅溶胶 ●特点 ?湿强度高,是普通硅溶胶的1.3~2倍 ?高温强度与普通硅溶胶相当 ?残留强度低 ?透气性好 ?层间干燥时间短 ?对干燥环境的要求较低 ?浆料寿命与普通硅溶胶相当或更长 ?快干胶的粉液比较高、浆料的流动性、流平性较好 ?更适合机械手操作

快干(加强型)硅溶胶的类型 类型一:化学改性 ?改性与快干机理 加入铝、锡、铅、锌等金属离子,改变胶体水化层,促进凝胶 硅溶胶呈酸性、中性、或碱性 典型代表:LUDUX 酸性系列SK、CL、HSA ?优点 a. 酸性胶对pH值不敏感(Ph 4-7),浆料维护少 b. 高聚物的加入使裂壳倾向小 c. NaO%含量低 e. 与锆粉形成的浆料稳定性更好 ?缺点 a. 成本高 b. 粘度高、流变性较差。形成浆料的涂附性、渗透性差,与耐火粉料的附着性均比碱 性快干硅溶胶差,涂层厚 c. 浆料老化后与正价金属离子反应,影响铸件表面质量。 d. 干燥时间较碱性快干硅溶胶长。 e. 对干燥环境要求较碱性快干硅溶胶严格,与普通胶类似。

快干(加强型)硅溶胶的类型 类型二;物理改性 ?改性与快干机理 加入高聚物改变胶体结构,促凝胶;同时高聚物又是有机粘结剂,有效改善硅溶胶的综合使用性能;或加入特种纤维改善硅溶胶的性能,碱性硅溶胶,稳定性好典型代表:REMOSAL系列LPBV、SPBV ?优点 a. 湿强度较高,减少型壳涂层,因制壳和脱蜡引起的裂壳现象较少 b. 浆料的流变性及涂附性较酸性胶有明显的优势,粉液比高,涂料成本低 c. 浆料的渗透性、脱水性能较酸性胶优良,浆料与耐火骨料的粘接、附着更好,型 壳涂层更薄,湿强度更高。 d. 更好地改善型壳的透气性。 e. 型壳残留强度低 f. 对干燥环境的要求相对较低,有利于生产工艺和产品质量的稳定。 g. 干燥更快,一般层间干燥时间平均2h~3h。 ?缺点 a. 浆料对pH值敏感,需定时对浆料进行维护(加入氨水)保持pH值大于9.4。 b. 不能高速搅拌。

耐火材料的六大使用性能图文稿

耐火材料的六大使用性 能 文件管理序列号:[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

耐火材料的六大使用性能 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗酸性、抗碱性、抗氧化性、抗水化性和抗CO侵蚀性等。 (一般)耐火度 耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质,用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。 耐火度与熔点不同,熔点是结晶体的液相与固相处于平衡时的温度。绝大多数耐火材料都是多相非均质材料,无一定熔点,其开始出现液相到完全熔化是一个渐变过程。在相当宽的高温范围内,固液相并存,固如欲表征某种材料在高温下的软化和熔融的特征,只能以耐火度来度量。因此,耐火度是多相体达到某一特定软化程度的温度。 耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质,用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。耐火度是判定材料能否作为耐火材料使用的依据。 国际标准化组织规定耐火度达到1500℃以上的无机非金属材料即为耐火材料。 耐火度的意义与熔点不同,不能把耐火度作为耐火材料的使用温度。 (二)荷重软化温度

荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度,是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标,它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。 荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度,是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标,它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。耐火材料高温荷重变形温度是其重要的质量指标,因为它在一定程度上表明制品在与其使用情况相仿条件下的结构强度。决定荷重软化温度的主要因素是制品的化学矿物组成,同时也与制品的生产工艺直接相关 (三)重烧线变化(高温体积稳定性) 首先应当了解耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时,制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品,一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形,重烧线变化也称残余线变形。 耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性,保证砌体的稳定性,减少砌体的缝隙,提高其密封性和耐侵蚀性,避免砌体整体结构的破坏,都具有重要意义。

材料结构与性能试题及详细答案

《材料结构与性能》试题 一、名词解释(20分) 原子半径,电负性,相变增韧、Suzuki气团 原子半径:按照量子力学的观点,电子在核外运动没有固定的轨道,只是概率分布不同,因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同,原子半径一般可分为三种:共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半,即共价键键长的一半,称作该原子的共价半径(r c);金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径(r M);范德瓦尔斯半径(r V)是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半,如稀有气体。 电负性:Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值,是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧:相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相(t相)向单斜相(m相)转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时,裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变,这种转变为马氏体转变,将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变,对裂纹周围的基体产生压应力,阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量,抑制裂纹扩展,提高材料断裂韧性。 Suzuki气团:晶体中的扩展位错为保持热平衡,其层错区与溶质原子间将产生相互作用,该作用被成为化学交互作用,作用的结果使溶质原子富集于层错区内,造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用,也成为Suzuki气团。 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。(15分) 答:从交互做作用的性质来说,可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。 弹性交互作用:位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。形成Cottrell气团,甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。 化学交互作用:基体晶体中的扩展位错为保持热平衡,其层错区与溶质原子间将产生相互作用,该作用被成为化学交互作用,作用的结果使溶质原子富集于层错区内,造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别,具有阻碍位错运动的作用。 静电交互作用:晶体中的位错使其周围原子偏离平衡位置,晶格体积发生弹性畸变,晶格畸变将导致自由电子的费米能改变,对于刃型位错来讲,滑移面上下部分晶格畸变量相反,导致滑移面两侧部分的费米能不相等,导致位错周围电子需重新分布,以抵消这种不平衡,从而形成电偶极,位错线如同一条电偶极线,在它周围存在附加电场,可与溶质原子发生静电交互作用。 三、简述点缺陷的特点和种类,与合金的性能有什么关系(15分) 答:点缺陷对晶体结构的干扰作用仅波及几个原子间距范围的缺陷。它的尺寸在所有方向上均很小。其中最基本的点缺陷是点阵空位和间隙原子。此外,还有杂质原子、离子晶体中的非化学计量缺陷和半导体材料中的电子缺陷等。 在较低温度下,点缺陷密度越大,对合金电阻率影响越大。另外,点缺陷与合金力学性能之间的关系主要表现为间隙原子的固溶强化作用。

《材料结构与性能》课程论文

《材料结构与性能》课程论文 刚玉-尖晶石浇注料微结构参数控制及其强度、热震稳定性和抗渣性能研究 学生姓名:周文英 学生学号:201502703043 撰写日期:2015年11月

摘要 本文通过使用环境对耐火材料的要求,耐火材料与结构参数的分析,耐火材 料结构控制措施进展分析等方面总结了耐火材料的使用现状,并提出了下一步耐 火材料的改进措施。分别是:在基质中加入一定量的硅微粉,改变液相的粘度, 提高抗渣性;控制铝镁浇注料基质的粒径分布,使大颗粒含量一定保证其高温强度;使用球形轻骨料代替原来的致密骨料,提高气孔率,降低体积密度,提高能 源利用率,降低能耗。 关键词:铝镁浇注料;高温强度;抗渣性;热震稳定性 Abstract Requirements of the apply for fire resistance, analysis of refractory materials and structure parameters, current application and the promotion about the refractory are introduced in this paper. It included that: add some sillicon power into matrix in order to improve the viscosity of the liquid for abtaining better slag resistance; control the distribution of the particle in the matrix to ensure the high temperature strength; use spherical light aggregate instead of the original density aggregate to improve porosity and the rate of energy. Keywords:Alumina-Magnesia castable; high temperature strength; slag resistance; themal shock resistance.

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