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几种微粉对刚玉质浇注料结构与性能的影响研究的开题报
告
一、研究背景
刚玉质浇注料是一种常用于高温环境下耐磨蚀的材料，其性能受到多种因素的影响，其中微粉的添加量和种类对其结构和性能有着重要的影响。
因此，针对不同的微
粉种类和添加量进行研究，对于进一步优化刚玉质浇注料的结构和性能具有重要意义。
二、研究目的
本研究旨在探究几种微粉对刚玉质浇注料结构和性能的影响，以期为优化刚玉质浇注料的制备工艺提供参考。
三、研究内容
1.收集相关文献，探究不同微粉对刚玉质浇注料结构和性能的影响；
2.选择几种常用的微粉，比如纳米硅粉、纳米碳化硅粉等，设计实验方案，制备不同含量微粉分别加入刚玉质浇注料中；
3.采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等测试手段，对不同含量和种类微粉对刚
玉质浇注料微观结构和相组成进行分析；
4.采用万能材料试验机对不同添加微粉的刚玉质浇注料的力学性能进行测试，包括硬度、强度等指标；
5.综合分析实验结果，探讨不同微粉种类和含量对刚玉质浇注料结构和性能的影响规律。
四、研究意义
1.为进一步完善刚玉质浇注料的制备工艺提供实验依据；
2.对于材料工程领域中微粉对材料结构和性能影响规律的研究具有一定参考价值；
3.为高温或者腐蚀环境下需要耐磨蚀的材料的研究提供实验基础。
氧化铝微粉对耐火浇注料性能的影响2010-08-14 15:14加入氧化铝微粉对耐火浇注料冷态强度、高温强度、热震稳定性、流动度及耐碱性的影响，比较了不同厂家氧化铝微粉在使用中的差异。
结果表明：加入氧化铝微粉的试样与未加入氧化铝微粉的试样相比，中低温冷态强度和耐碱性能均有明显提高；抗热震稳定性能较差；高温冷态强度和高温强度略有降低；对流动度没有影响。
使用不同厂家氧化铝微粉的浇注料强度有差异，针对本配方系统，浇注料使用氧化铝微粉B具有优良的力学性能。
郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。
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Al2O3的晶型有：α、γ、η、δ、θ、κ、χ等。
当外界条件改变时，晶型会发生转变。
在Al2O3的变体中，由于α-Al2O3（密度为3.99g/cm3）中的氧是最紧密堆集，故只有α-Al2O3（刚玉）是稳定的，其他晶型都不稳定，在加热时将转变成α-Al2O3。
除刚玉外，常见的Al2O3晶型应为γ-Al2O3，γ-Al2O3具有尖晶石结构，但在其结构中，某些四面体的空隙没有被充填，因而γ-Al2O3的密度（3.65g/cm3）较刚玉小。
当Al(OH)3加热脱水时，约在450℃形成γ-Al2O3，γ-Al2O3加热到较高温度转变为刚玉。
但这种转变要在1000℃以上时，转化速度才比较快。
氧化铝的其他一些不稳定晶型也都是Al(OH)3加热脱水时，在不同条件下形成的。
ρ-Al2O3为无定形态，但也有人认为它是介于无定形与晶态之间的过渡态。
由于ρ-Al2O3是Al2O3各种形态中唯一在常温下能自发水化的形态，可以作为耐火材料浇注料的胶结剂，因此近年来受到了重视。
实验用主要原料如下：高铝矾土熟料，纯铝酸钙水泥，SiO2微粉，Al2O3微粉。
骨料与基质料的质量比为76∶24，固定其他条件不变，改变Al2O3微粉的加入量：不加Al2O3微粉(试样1#)和加入4%的Al2O3微粉（试样2#），先干混1min后加适量水搅拌3min混匀，先用水泥胶砂流动度测定仪测其30s和60s的流动值，然后浇注成型，24h后脱模，脱模后养护24h。
氧化铝微粉粒度组成对刚玉浇注料性能的影响邓俊杰中钢集团耐火材料有限公司洛阳471039摘要本工作研究了两种不同细度（5μm和2μm）氧化铝微粉的比例对刚玉质浇注料性能的影响，重点研究了对刚玉质浇注料热态抗折强度及热震稳定性的影响。
结果表明，两种不同细度氧化铝微粉的比例对刚玉质浇注料常温物理性能及常温力学性能的影响不大，但对热态抗折强度和热震稳定性的影响较为明显。
在本实验氧化铝微粉总量为6%的情况下，复合添加两种细度的氧化铝微粉对热态抗折强度和热震稳定性有利。
当5μm氧化铝微粉与2μm氧化铝微粉的比例为3/1时，1400℃×0.5h热态抗折强度最高，为19.22MPa，比单独加一种细度氧化铝微粉的浇注料高约4.5MPa。
当5μm氧化铝微粉与2μm氧化铝微粉的比例为1/3时，对浇注料的热震稳定性最为有利，1100℃水冷1次后的残余抗折强度保持率为34.3%。
关键词氧化铝微粉细度刚玉浇注料热态抗折强度热震稳定性1 引言低水泥耐火浇注料是在粘土结合耐火浇注料的基础上开发的，也是在20世纪80年代得到蓬勃发展的新一代耐火浇注料。
其主要品种有低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料，它集多种耐火浇注料的优点于一身，具有高密度、低气孔、高强度、低磨损、耐热震和抗侵蚀等特点，同时还具有体积稳定性强和施工用水量低等特性因此应用广泛，使用效果较好和社会经济效益显著。
超微粉技术是低水泥系列耐火浇注料的关键技术，它与高效外加剂的巧妙使用，是该类浇注料的两大支柱，是缺一不可的。
此类技术也代表着耐火材料研究的日益精细化。
在现有不定形耐火浇注料中，最常用的超细微粉主要为氧化铝微粉和硅灰。
根据细度、成分及其他性状的不同，市面上此类产品种类多，性能参差不齐。
超细微粉对浇注料性能的影响不仅仅通过填充改变浇注料的粒度分布而实现，其参与基质内的各种反应对浇注料性能亦有直接影响。
本文以刚玉质低水泥浇注料为对象，研究采用两种不同细度及比例的氧化铝微粉对浇注料各性能的影响规律。
ＮＡｌＨＵｏｃＡｌｕＡＯ／耐火材料２００５。
３９（３１１７９～１８１开发与应用二氧化硅和氧化铝微粉加入量对ＭｇＯ基浇注料流变性的影响马成良张殿伟叶方保钟香崇郑州大学高温功能材料河南省重点实验室郑州４５００５２摘要采用电熔镁砂颗粒作骨料，电熔镁砂粉、电熔白刚玉粉、Ａｌ：０３微粉和ｓｉ０２微粉作基质料，固定骨料与基质料质量比为６５：３５，且固定基质料中Ａ１２０，微粉与Ｓｉ０２微粉的总加入量为８％，改变两种微粉的加入比例（Ａ１，Ｏ，微粉的加入量分别为８％、６％、４％、２％、０，Ｓｉ０，微粉的相应为０、２％、４％、６％、８％），分别加６．４％的水制成ＭｇＯ基浇注料，并采用浇注料流变仪研究了Ａｌ：０，微粉与ＳｉＯ：微粉的加入量对浇注料流变性（扭矩、流动阻力和粘度）的影响。
研究结果表明：随着ｓｉＯ：微粉加入量的增加，浇注料的扭矩、流动阻力和粘度呈降低趋势，但ＳｉＯ，微粉加入量超过４％后变化很小。
关键词硅微粉，氧化铝微粉，氧化镁基浇注料，流变性由于浇注料的粒度范围较宽（从０．１“ｍ到几ｍｍ），特别是颗粒含量多，约占６０％一７０％，对浇注料流变性有很大的影响，不能作为均质悬浮液来看待，故浇注料基质的流变性不能全面反映全组分浇注料的流变行为。
因此，利用浇注料流变仪研究全组分浇注料的流变行为，可以更直接、更准确地反映浇注料的施工性能。
文献［１—３］曾用此方法研究了Ａｌ：Ｏ，基浇注料的流变性，本工作用此法研究了ｍ：Ｏ，微粉与ｓｉＯ：微粉加入量变化对ＭｇＯ基浇注料流变性的影响。
ｌ试验采用电熔镁砂颗粒作骨料，临界粒度为８ｍｍ。
基质料由电熔镁砂粉、电熔白刚玉粉、Ａｌ：Ｏ，微粉和ｓｉ０，微粉组成。
上述原料的理化指标如表１所示。
表ｌ原料的理化指标！璺垒！皇！！竺巳皇壁！皇皇皇！！！旦呈！璺壁！旦旦竺堂皇！！皇！兰——原料名称—瓦万—ｉｉ瓦—｛篡｝—豆丽粒径／斗ｍ电熔镁砂＞９８＜１．５电熔白冈４玉＞９８．５＜ｏ．５＜ｏ．３ａ—Ａ１２０３微粉＞９８．５≤５ｓｉ０２微粉＞９７．Ｏ≤１固定浇注料中骨料与基质料的质量比为６５：３５，且固定基质料中Ａｌ：０，微粉与ｓｉＯ：微粉的总加入量为８％，改变两种微粉的加入比例，即Ａｌ：Ｏ。
关于自流耐火浇注料的配方、影响流动性的因素等前几天有客户在后台问到自流耐火浇注料的影响因素，所以今天讲一下这个。
自流浇注料具有很好的流动性和间隙通过性，可以在无振动的条件下浇注施工，拆模后施工面光滑、平整。
在衬体较薄，难以施工或修补衬体等热工设备上应用比较多。
在钢包和中间包、高炉出铁沟和造沟、锅炉管保护层和焚烧炉护排、加热炉和水泥窑等热工设备上常用到自流耐火浇注料。
自流耐火浇注料主要是靠里面的分散剂来增加浇注料的流动性，以此达到自流的效果。
分散剂一般分为无机分散剂和有机分散剂两大类。
常用的无机分散剂有硅酸盐类(例如水玻璃)和碱金属磷酸盐类(例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等)。
有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等。
自流耐火浇注料常用流动性评估方式采用流动度(值)来衡量。
自流浇注料的施工较传统浇注料要方便得多，所用设备大致相同，但自流浇注料无须振动棒振动。
混合设备一般用强力搅拌机，输送设备可采用吊装容器，但目前采用压送技术的较多，此技术使输送更加方便快捷，减轻了作业者的工作量。
由于自流浇注料的流动性非常好，因此需要密封性好和结构强度高的模胎结构，以防止在施工过程中出现物料漏出。
另外，自流浇注料不能失水，否则会影响流动性能，所以与自流浇注料接触的木质模胎表面要注意涂油。
自流耐火浇注料之所以得到大范围应用，也与其不用钢钎插捣或击打外模，能减少施工费用、降低劳动强度，同时施工无噪声污染。
自流耐火浇注料也有相应的国标标准，YB/ T4197-2009《自流耐火浇注料》里根据化学成分把自流浇注料分为高铝质、刚玉质、刚玉尖晶石质和铬刚玉质，同时又根据其化学成分分为SF50、SF55、SF60、SF65、SF90、SF92、SF90M、SF90C八个牌号。
牌号中SF是英文Self-flow的缩写，M代表MgO，C代表Cr₂O₃，其中数字代表期主要成分的质量百分数。
第３８卷第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.３８㊀Ｎｏ.４２０１９年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ａｐｒｉｌꎬ２０１９㊀㊀高纯二氧化硅微粉含量对Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ铁沟渣线浇注料性能的影响王玉龙ꎬ王玺堂ꎬ王周福ꎬ刘㊀浩ꎬ马㊀妍(武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室ꎬ武汉㊀４３００８１)摘要:以棕刚玉颗粒(１５~８ｍｍꎬ８~５ｍｍꎬ５~３ｍｍꎬ３~１ｍｍ)ꎬ板状烧结刚玉(１~０ｍｍ)ꎬ碳化硅(３~１ｍｍꎬɤ１ｍｍꎬɤ０.０６３ｍｍ)㊁白刚玉粉ꎬ活性氧化铝微粉和高纯二氧化硅微粉以及单质硅粉和球状沥青等为主要原料ꎬ制备了出铁沟渣线用Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ质浇注料ꎬ并研究了高纯硅微粉含量对其流动性及高温使用性能的影响ꎮ结果表明:随高纯硅微粉含量的增加ꎬ浇注料的初始流动性基本呈增加趋势ꎬ且其流动值的保持时间延长ꎮ随高纯硅微粉含量的增加ꎬ浇注料的热态抗折强度呈增加趋势ꎬ且抗侵蚀性也会增强ꎮ关键词:Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ铁沟渣线料ꎻ高纯硅微粉ꎻ流动性ꎻ高温使用性能中图分类号:ＴＱ１７５㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣１６２５(２０１９)０４￣１０５０￣０６ＥｆｆｅｃｔｏｆＨｉｇｈＰｕｒｉｔｙＭｉｃｒｏ￣ＳｉｌｉｃａＰｏｗｄｅｒＣｏｎｔｅｎｔｏｎＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣ＣＣａｓｔａｂｌｅｆｏｒＳｌａｇＬｉｎｅｏｆＩｒｏｎＴｕｎｎｅｒＷＡＮＧＹｕ￣ｌｏｎｇꎬＷＡＮＧＸｉ￣ｔａｎｇꎬＷＡＮＧＺｈｏｕ￣ｆｕꎬＬＩＵＨａｏꎬＭＡＹａｎ(ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙꎬＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎ４３００８１ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀㊀㊀㊀㊀作者简介:王玉龙(１９９２￣)ꎬ男ꎬ硕士研究生.主要从事出铁沟浇注料方向研究.Ｅ￣ｍａｉｌ:１５２８８６４８７７＠ｑｑ.ｃｏｍ.通讯作者:王玺堂ꎬ教授.Ｅ￣ｍａｉｌ:１９４３３８６５５１＠ｑｑ.ｃｏｍ.Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈｂｒｏｗｎｃｏｒｕｎｄｕｍｐａｒｔｉｃｌｅｓ(１５￣８ｍｍꎬ８￣５ｍｍꎬ５￣３ｍｍꎬ３￣１ｍｍ)ꎬｓｉｎｔｅｒｅｄｔａｂｕｌａｒｃｏｒｕｎｄｕｍ(１￣０ｍｍ)ꎬｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ(３￣１ｍｍꎬɤ１ｍｍꎬɤ０.０６３ｍｍ)ꎬｗｈｉｔｅｃｏｒｕｎｄｕｍｐｏｗｄｅｒꎬａｃｔｉｖｅａｌｕｍｉｎａｍｉｃｒｏｐｏｗｄｅｒａｎｄｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｍｉｃｒｏ￣ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒꎬＳｉｐｏｗｄｅｒａｎｄｂａｌｌｐｉｔｃｈａｓｔｈｅｍａｉｎｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓꎬＡｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃｃａｓｔａｂｌｅｆｏｒｓｌａｇｌｉｎｅｏｆｉｒｏｎｒｕｎｎｅｒｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄ.Ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｍｉｃｒｏ￣ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒｏｎｉｔｓｆｌｕｉｄｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｍｉｃｒｏ￣ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒｃｏｎｔｅｎｔꎬｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｆｌｕｉｄｉｔｙｏｆｃａｓｔａｂｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｎｔｈｅｗｈｏｌｅꎬａｎｄｔｈｅｒｅｔｅｎｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｉｔｓｆｌｏｗｖａｌｕｅｐｒｏｌｏｎｇｅｄ.ＴｈｅＨＭＯＲａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃａｓｔａｂｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｍｉｃｒｏ￣ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒｃｏｎｔｅｎｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃｃａｓｔａｂｌｅｆｏｒｓｌａｇｌｉｎｅｏｆｉｒｏｎｒｕｎｎｅｒꎻｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｍｉｃｒｏ￣ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒꎻｆｌｕｉｄｉｔｙꎻｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ１㊀引㊀言目前高炉出铁沟大多使用Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ质浇注料[１￣４]ꎬ并依据铁沟各部位的不同损毁机理ꎬ在渣线与铁线部位分别使用不同配方铺设内衬ꎬ即综合筑衬ꎮ一般说来ꎬ出铁沟渣线浇注料中的ＳｉＣ含量高达２５ｗｔ％~３０ｗｔ％[５￣６]ꎬ但高含量ＳｉＣ又会降低浇注料的流动性[７]ꎮ所以为了保证渣线浇注料的必要施工性能需要增加用水量或者微粉含量ꎮ而增加浇注料用水量会导致结构疏松ꎬ从而劣化强度相关的性能ꎬ因此需要从微粉含量方面进行研究ꎮ硅微粉是浇注料中常用的微粉ꎬ引入到Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ质浇注料中不仅可以提高流动性ꎬ还可以促进烧结ꎬ从而有效增加材料较大温度区间内的强度ꎮ以往研究硅微粉含量对浇注料性能的影响[８￣９]时多使用纯度㊀第４期王玉龙等:高纯二氧化硅微粉含量对Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ铁沟渣线浇注料性能的影响１０５１㊀较低的硅微粉ꎬ在硅微粉含量增加至２.５ｗｔ％时即会发现高温强度的明显下降[１０]ꎬ前人多认为这是由于硅微粉中ＳｉＯ２与浇注料其他成分Ａｌ２Ｏ３和ＣａＯ反应生成钙长石㊁钙黄长石等玻璃相ꎬ而导致高温强度的降低ꎬ所以需要控制铁沟料中硅微粉的含量ꎬ一般不超过２ｗｔ％ꎮ值得注意的是常用纯度硅微粉中Ｋ㊁Ｎａ等杂质元素相对较多ꎬ这些杂质会形成较多的高温液相ꎬ从而显著劣化铁沟料的高温性能ꎮ而提升硅微粉的纯度可以减少杂质的引入ꎬ在硅微粉含量较高时也可保持相当的高温性能ꎮ本文研究了高纯硅微粉含量对Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ铁沟渣线浇注料流动性及高温使用性能的影响ꎮ２㊀实㊀验２.１㊀原料选择及硅微粉特性试验用主要原料有:棕刚玉颗粒(１５~８ｍｍꎬ８~５ｍｍꎬ５~３ｍｍꎬ３~１ｍｍ)ꎬ板状烧结刚玉(１~０ｍｍ)ꎬ白刚玉(２００目)ꎬ碳化硅(３~１ｍｍꎬɤ１ｍｍꎬɤ０.０６３ｍｍ)ꎬ活性氧化铝(ＣＬ３７０ꎬ安迈)ꎬ硅微粉ꎬ铝酸钙水泥(Ｓｅｃａｒ７１ꎬ拉法基)ꎬ抗氧化剂(ＤＴ１４００Ｎꎬ武汉善达)ꎬ单质硅粉ꎬ球沥青以及其他外加剂(有机纤维ꎬ减水剂等)ꎮ常用纯度与高纯硅微粉的理化性能见表１ꎬ可以看出高纯硅微粉的二氧化硅含量明显高于常用纯度硅微粉ꎬ且其比表面积较大ꎬｄ５０较小ꎮ常用纯度与高纯硅微粉的粒度分布见图１ꎬ可以看出两种硅微粉的粒度分布有较大区别:常用纯度硅微粉粒度分布为 双峰 结构ꎬ其中０.１~１μｍ和１０~１００μｍ的颗粒较多ꎻ而高纯硅微粉的粒度主要集中在０.１~１０μｍ之间ꎮ常用纯度硅微粉与高纯硅微粉的ＳＥＭ图见图２ꎮ可以看到与粒度分析的结果一致ꎬ高纯硅微粉与常用纯度硅微粉的特征有一定差异ꎬ常用纯度硅微粉尺寸分布较广ꎬ高纯硅微粉较为集中ꎻ且高纯硅微粉颗粒基本为规则球形ꎬ常用纯度硅微粉除大部分颗粒为球形外ꎬ还有少量颗粒有一定的变形ꎮ表１㊀常用纯度与高纯硅微粉的理化性能Ｔａｂ.１㊀Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｐｕｒｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｍｉｃｒｏ￣ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒ含量/ｗｔ％ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯＭｇＯＫ２ＯＮａ２ＯＣ比表面积/(ｍ２ ｇ－１)ｄ５０/μｍ常用二氧化硅微粉９３.７４０.１９０.１００.５８０.６３１.３５０.２４０.９２１２.８０.６０５高纯二氧化硅微粉９６.３７０.１５０.０５０.１８０.４１０.４５０.０８０.８３１８.１０.３６１图１㊀常用纯度与高纯硅微粉的粒度分布Ｆｉｇ.１㊀Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｐｕｒｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｍｉｃｒｏ￣ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒ图２㊀(ａ)常用纯度硅微粉㊁(ｂ)高纯硅微粉的ＳＥＭ图Ｆｉｇ.２㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｐｕｒｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｍｉｃｒｏ￣ｓｉｌｉｃａｐｏｗｄｅｒ２.２㊀试验过程和性能检测按照表２进行配料ꎬ先在搅拌机中干混３０ｓꎬ后湿混３ｍｉｎ(加水量均为５ｗｔ％)ꎮ使用跳桌法测定浇注料的流动值:跳动时间５０ｓꎬ跳动频率０.５Ｈｚꎬ每隔１０ｍｉｎ测量一次ꎬ总测量时间２ｈꎬ试验锥尺寸７０ｍｍ(上直径)ˑ１００ｍｍ(下直径)ˑ６０ｍｍ(高)ꎬ每隔１２０ʎ测量一次试样铺展直径ꎬ测量三次ꎬ取其平均作为试样流动值ꎮ为了进一步研究分析流动值的变化曲线的影响ꎬ将浇注料的基质细粉配成５ｗｔ％的料浆ꎬ用水浴超声分散３ｍｉｎ后ꎬ采用美国ＣｏｌｌｏｉｄａｌＤｙｎａｍｉｃｓ公司的Ｚｅｔａｐｒｏｂｅ电位分析仪测定料浆的ｐＨ值㊁Ｚｅｔａ电位及电导率的变化ꎬ每隔２０ｍｉｎ测量一次ꎬ总测量时间２ｈꎮ配料搅拌后将浇注料振动浇注成型为１６０ｍｍˑ４０ｍｍˑ４０ｍｍ的条状试样(加水量均为４.８ｗｔ％)ꎬ１０５２㊀专题论文硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３８卷在室温下养护２４ｈ后脱模ꎬ然后模外养护２４ｈꎬ然后于１１０ħ下干燥２４ｈꎬ最后分别经８００ħ㊁１１００ħ和１４５０ħ热处理３ｈꎮ分别按照标准ＧＢ/Ｔ５９８８￣２００７ꎬＧＢ/Ｔ３００１￣２００７ꎬＧＢ/Ｔ２９９７￣２０１５测定试样的加热永久线变化率ꎬ常温抗折强度㊁显气孔率及体积密度ꎮ将经不同温度(干燥后㊁１１００ħ保温３ｈ㊁１４５０ħ保温３ｈ)热处理试样ꎬ在１４００ħ保温０.５ｈ后按照ＧＢ/Ｔ３００２￣２００４测量试样的热态抗折强度ꎮ采用静态坩埚法表征浇注料的抗渣性能ꎮ将浇注料振动成型为７０ｍｍˑ７０ｍｍˑ７０ｍｍ的坩埚试样ꎬ坩埚内孔尺寸为３０ｍｍ(上直径)ˑ２０ｍｍ(下直径)ˑ４０ｍｍ(高)ꎮ将坩埚试样空气中１４５０ħ预处理３ｈ后装入高炉渣３０ｇꎬ再经１４５０ħ３ｈ热处理ꎮ将坩埚沿中心切开ꎬ以原坩埚壁为基线ꎬ使用游标卡尺测定渣在两侧坩埚壁上的最大侵蚀深度ꎬ取其平均值表征浇注料的抗渣性ꎮ高炉渣来自中国宝武集团武钢有限公司五号高炉ꎬ其成分见表３ꎮ表２㊀试样配比Ｔａｂ.２㊀Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ/ｗｔ％编号１＃２＃３＃４＃棕刚玉１５￣１ｍｍ４２４２４２４２板状刚玉１￣０ｍｍ６６６６白刚玉２００目８７.５７６.５碳化硅３￣０ｍｍ２７.５２７.５２７.５２７.５抗氧化剂ＤＴ１４００Ｎ２２２２活性氧化铝ＣＬ３７０６６６６硅微粉高纯１.５２２.５３水泥Ｓｅｃａｒ７１２２２２单质硅２００目２２２２球沥青１￣０ｍｍ３３３３其他外加剂０.３０.３０.３０.３表３㊀高炉渣的化学成分Ｔａｂ.３㊀Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｓｌａｇ/ｗｔ％成分ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯＭｇＯＫ２ＯＮａ２ＯＴｉＯ２Ｓ含量３２.７５１６.６２０.３６３９.１６８.７５０.１８０.０６０.５４１.３７３㊀结果与讨论３.１㊀浇注料的流动性图３㊀浇注料的流动值变化曲线Ｆｉｇ.３㊀Ｆｌｕｉｄｉｔｙｃｈａｎｇｅｃｕｒｖｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ高纯硅微粉含量对浇注料流动值的影响如图３所示ꎮ随硅微粉含量的增加ꎬ浇注料的初始流动性基本呈增加趋势ꎬ而当硅微粉含量为２.５ｗｔ％时ꎬ浇注料已经有较高的流动值ꎬ继续增加硅微粉达到３ｗｔ％ꎬ浇注料的流动值不会再有明显的增加ꎻ不仅如此ꎬ１ｈ内浇注料的平均流动值呈现与初始流动值相同的变化规律ꎬ且随着硅微粉含量的增加ꎬ浇注料早期高流动值的保持时间延长(硅微粉含量３ｗｔ％的试样最明显ꎬ其在１ｈ内流动值衰减十分缓慢)ꎬ即流动值快速衰减的时间延后ꎬ所以适当增加硅微粉的含量有助于延长浇注料的可施工时间ꎮ可以看到ꎬ对于含高纯硅微粉浇注料ꎬ其流动值曲线可分为三个阶段:初始阶段ꎬ即一开始流动值较平稳的阶段ꎻ中间阶段ꎬ即在第一阶段后流动值先迅速下降又回升的阶段ꎻ最后阶段ꎬ即流动值回升至峰值后继续下降至流动性完全丧失的阶段ꎮ以含硅微粉２.５ｗｔ％的试样(３＃)为例ꎬ其初始阶段为０~２０ｍｉｎꎬ中间阶段㊀第４期王玉龙等:高纯二氧化硅微粉含量对Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ铁沟渣线浇注料性能的影响１０５３㊀为２０~１００ｍｉｎꎬ最后阶段为１００ｍｉｎ以后(见图３)ꎮ对于初始阶段ꎬ其流动性规律可用传统解释ꎬ即基本机理是填充和润滑ꎬ因而硅微粉一定程度内越多ꎬ则填充性越好ꎬ游离水越多ꎬ初始流动性也越好ꎻ对于中间阶段ꎬ其流动值规律与初始阶段没有必然联系ꎬ这就需要从其他角度进行说明ꎮ为了解释此阶段流动性变化机理ꎬ测定了浇注料基质料浆的ｐＨ值㊁Ｚｅｔａ电位及电导率ꎮ由图４(ａ)可知ꎬ含高纯硅微粉料浆的ｐＨ值随时间的延长呈上升趋势ꎬ这可能是水泥水化所致ꎬ而减水剂的加入使料浆ｐＨ值减小ꎮ由图４(ｂ)可知ꎬ随时间的延长ꎬ基质料浆的Ｚｅｔａ电位基本呈上升趋势ꎬ且不加入减水剂时ꎬ料浆可观察到等电点ꎬ而加入减水剂后Ｚｅｔａ电位的变化趋势明显放缓ꎮ可见ꎬ适宜的减水剂可以有效稳定料浆Ｚｅｔａ电位的变化ꎮ图４㊀料浆的(ａ)ｐＨ值㊁(ｂ)Ｚｅｔａ电位及(ｃ)电导率变化Ｆｉｇ.４㊀ｐＨｖａｌｕｅꎬＺｅｔａｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｏ￣ｃｏｎｄｕｃｔｉｂｉｌｉｔｙｃｈａｎｇｅｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ前人发现硅微粉在水中形成胶体ꎬ胶体粒子吸附分散剂形成溶媒层ꎬ增大浇注料的流动性ꎮ从胶体角度对此阶段流动值变化进行解释ꎬ即游离水含量相同时ꎬＺｅｔａ电位绝对值小的料浆ꎬ胶体容易聚沉ꎬ流动性较差ꎮ且水泥水化会使料浆的ｐＨ值上升ꎬ所以Ｚｅｔａ电位数值由负变正ꎬ绝对值先减小后增大ꎬ经一段时间后基本稳定ꎬ由胶体稳定性推知流动值会有一个谷值ꎬ这与中间阶段流动值变化相符ꎮ而在最后阶段ꎬ浇注料的流动性逐渐降低至完全丧失ꎬ这不能以Ｚｅｔａ电位最后的稳定曲线解释(测试料浆中水含量比实际大得多ꎬ因而变化相对较慢)ꎮ其机理可能是:(１)游离水的减少(水的蒸发和水泥水化等)的直接影响ꎻ(２)水减少导致ｐＨ值继续上升(对未达等电点料浆促使流动性丧失)ꎬ且水减少导致胶体固含量上升ꎬ容易聚沉的间接影响ꎻ(３)水泥水化产物对流动的阻碍ꎻ(４)从图４(ｃ)可以看出随时间的延长料浆的电导率总体上升(电导率与导电离子浓度正相关)ꎬ而离子浓度增加会压缩胶体双电层使Ｚｅｔａ电位降低ꎬ促使流动值的降低ꎮ３.２㊀常温物理性能图５㊀试样的烧后线变化Ｆｉｇ.５㊀Ｌｉｎｅａｒｃｈａｎｇｅｒａｔｅｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｆｔｅｒｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ高纯硅微粉含量对试样的烧后线变化率的影响见图５ꎮ所有试样８００ħ烧后均略有收缩ꎻ１１００ħ烧后有所膨胀ꎻ而１４５０ħ烧后试样膨胀明显ꎮ这是因为随煅烧温度增高试样莫来石化程度增强导致整体膨胀增大ꎮ随高纯硅微粉含量的增加ꎬ８００ħ试样烧后线变化不明显ꎬ而经１１００ħ或１４５０ħ烧后试样线变化率都有所下降ꎮ其原因可能是在同一热处理温度下ꎬ随着高纯硅微粉含量的增加ꎬ试样因硅微粉含量增加引起的烧结收缩大于莫来石化引起的膨胀ꎮ图６为试样的显气孔率及体积密度ꎮ可以看出:随着热处理温度的上升ꎬ含高纯硅微粉的所有试样的显气孔率都先增加后减小ꎬ体积密度先减小后增大ꎻ随硅微粉含量的增加ꎬ试样基本上呈显气孔率减小ꎬ而体积密度增大的趋势ꎬ仅在硅微粉含量３ｗｔ％时趋势趋于平缓甚至略微有所改变ꎮ试样的常温抗折强度见图７ꎮ经不同温度热处理后ꎬ随着高纯硅微粉含量的增加ꎬ在１１０ħ㊁８００ħ与１０５４㊀专题论文硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３８卷１１００ħ热处理后ꎬ试样的烧后常温抗折强度呈上升趋势ꎬ在１４５０ħ热处理后ꎬ常温抗折强度先略有增加ꎬ而后下降ꎬ这可能是由于硅微粉含量过多导致试样内部结构过于疏松ꎬ从而降低了烧后强度ꎮ图６㊀试样的(ａ)显气孔率及(ｂ)体积密度Ｆｉｇ.６㊀Ａｐｐａｒｅｎｔｐｏｒｏｓｉｔｙ(ａ)ａｎｄｖｏｌｕｍｅｄｅｎｓｉｔｙ(ｂ)ｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ图７㊀试样常温抗折强度Ｆｉｇ.８㊀ＨｏｔｒｕｐｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓＦｉｇ.７㊀Ｃｏｌｄｒｕｐｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ图８㊀试样的热态抗折强度３.３㊀热态抗折强度硅微粉对浇注料热态抗折强度的影响见图８ꎮ对于含高纯硅微粉试样的热态抗折强度ꎬ经１１００ħ预处理的试样最大ꎬ经１４５０ħ预处理的次之ꎬ而１１０ħ预处理的相对最小ꎮ其可能与试样中碳的氧化程度有关ꎬ因为试样内部的颗粒碳会阻止高温下材料的烧结从而对高温强度有不利影响ꎮ经１１００ħ热处理后ꎬ碳氧化比较严重ꎬ碳的减少使高温强度提升ꎬ而１１０ħ热处理后试样中的碳最多ꎬ其热态抗折强度最小ꎻ１４５０ħ预处理后ꎬ由于形成了保护性釉层ꎬ残余碳含量相对较多ꎬ因而其热态抗折强度值介于两者之间ꎮ由于本研究采用的硅微粉纯度较高ꎬ随硅微粉含量的增加ꎬ试样的热态抗折总体呈增加趋势ꎮ这是因为硅微粉的增加使材料易于烧结且可能生成莫来石较多ꎬ致使热态强度提高ꎬ即使加入量达３ｗｔ％ꎬ经１１００ħ预处理试样１４００ħ热态抗折强度也高达６.４ＭＰａꎬ经１４５０ħ预处理后试样热态抗折强度仍高达４.１ＭＰａꎮ据报道[１０]ꎬ采用常用纯度硅微粉时ꎬ铁沟料的１４５０ħ热态抗折强度从１.２ＭＰａ左右(硅微粉２ｗｔ％)降至０.８ＭＰａ左右(硅微粉２.５ｗｔ％)ꎬ说明采用常用纯度硅微粉超过２ｗｔ％即会使铁沟料热态强度下降ꎮ３.４㊀抗渣性能试样的静态抗渣照片见图９ꎬ其测量的侵蚀深度见图１０ꎮ图９㊀试样的静态抗渣照片高纯硅微粉(ａ)１.５ｗｔ％ꎻ(ｂ)２ｗｔ％ꎻ(ｃ)２.５ｗｔ％ꎻ(ｄ)３ｗｔ％Ｆｉｇ.９㊀Ｓｔａｔｉｃｓｌａｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｐｉｃｔｕｒｅｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ㊀第４期王玉龙等:高纯二氧化硅微粉含量对Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ铁沟渣线浇注料性能的影响１０５５㊀图１０㊀试样的侵蚀深度Ｆｉｇ.１０㊀Ｅｒｏｓｉｏｎｄｅｐｔｈｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ由图９可以看到渣侵蚀后坩埚壁形貌ꎬ含高纯硅微粉１.５ｗｔ％试样的坩埚壁有较大的变形ꎬ含高纯硅微粉２ｗｔ％及２.５ｗｔ％试样的坩埚壁均也有比较明显的变形ꎬ而含高纯硅微粉３ｗｔ％试样的坩埚壁只有略微的变形ꎬ且渣的侵蚀主要集中于原坩埚壁上的薄弱点ꎮ而从图１０可以看出ꎬ在高纯硅微粉含量１.５ｗｔ％~３ｗｔ％范围内ꎬ随着硅微粉含量的增加ꎬ试样的抗侵蚀性增强ꎬ侵蚀深度减少ꎬ且抗侵蚀性的增加速率(即侵蚀深度的减少速率)随硅微粉含量的增加而减小ꎮ这是由于采用的硅微粉纯度较高ꎬ减少了高温液相的生成ꎬ从而提高了铁沟料抗渣性ꎻ此外ꎬ硅微粉含量适量增加也会提高浇注料的流动性(图３)并降低其烧后显气孔率(图６)ꎬ即会通过减少熔渣侵蚀通道来提高材料的抗渣性ꎮ而研究表明ꎬ采用常用纯度硅微粉达２.５ｗｔ％就会使铁沟料的抗渣侵蚀性能变差[１０]ꎮ４㊀结㊀论本文研究了高纯硅微粉含量对出铁沟渣线浇注料流动性及高温使用性能的影响ꎬ得到如下结论:(１)随硅微粉含量增加ꎬ浇注料的流动值呈增加趋势ꎮ当硅微粉含量超过２.５ｗｔ％后ꎬ其流动值无明显增加ꎬ但可延长施工时间ꎮ(２)随硅微粉含量增加ꎬ浇注料的热态抗折强度增大ꎮ当加入量达３ｗｔ％时ꎬ经１１００ħ预处理后浇注料１４００ħ热态抗折强度高达６.４ＭＰａꎬ经１４５０ħ预处理后热态抗折强度高达４.１ＭＰａꎮ(３)随硅微粉含量增加ꎬ浇注料的抗铁渣侵蚀性亦有增强ꎬ且硅微粉含量达２.５ｗｔ％时即有较好的抗渣性ꎬ继续增加硅微粉含量ꎬ对出铁沟浇注料抗渣性的提高不大ꎮ参考文献[１]杨㊀强ꎬ李德民ꎬ姜㊀乐ꎬ等.高强铁沟浇注料的研制与应用[Ｊ].硅酸盐通报ꎬ２０１７ꎬ３６(５):１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哈布都拉ꎬ荣㊀巍ꎬ程本军.硅微粉对Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ质铁沟料的性能影响[Ｊ].硅酸盐通报ꎬ２０１６ꎬ３５(６):１７９５￣１７９９.[９]程本军ꎬ张㊀萍ꎬ李鹏飞ꎬ等.硅微粉对铝镁浇注料的性能影响[Ｊ].硅酸盐通报ꎬ２０１５ꎬ３４(７):２０６２￣２０６７.[１０]阮国智ꎬ周少坤ꎬ张智慧ꎬ等.ＳｉＯ２微粉加入量对Ａｌ２Ｏ３￣ＳｉＣ￣Ｃ出铁沟浇注料性能的影响[Ｊ].耐火材料ꎬ２０１２ꎬ４６(４):２６２￣２６６.。
NAI HUO C AI L I A O/耐火材料2007,41(6)435~438试验研究SiO2微粉和A l2O3微粉加入量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响李洪波1,2) 赵继增2) 陈奇1)1)华东理工大学 上海2002372)上海利尔耐火材料有限公司摘 要 以莫来石M45(10~5mm,5~3mm)、电熔莫来石(3~1mm, 1mm)作骨料,刚玉粉( 0.074mm)、电熔莫来石粉( 0.074mm)、纯铝酸钙水泥、A l2O3微粉(d50=2.11 m)和Si O2微粉(d50=1.07 m)作基质,制备了脱硫枪用莫来石-刚玉浇注料,并分别研究了S i O2微粉加入量(分别为2%、3%、4%、5%)和A l2O3微粉加入量(分别为2%、4%、6%)对浇注料体积密度、显气孔率、强度、烧后永久线变化率、抗热震性和抗渣性的影响。
结果表明:仅加入S i O2微粉时,随着其加入量在2%~5%范围内增加,莫来石-刚玉浇注料的体积密度提高,显气孔率降低,强度增加,抗渣性变好,但抗热震性变差;在加入3%Si O2微粉的基础上再加入2%~6%的A l2O3微粉时,浇注料的各项性能随A l2O3微粉增加没有明显改善,但均比仅加入3%S i O2微粉时有明显改善。
关键词 S i O2微粉,A l2O3微粉,莫来石-刚玉浇注料,脱硫喷枪随着对钢材质量要求的不断提高,既可以减轻高炉炼铁的脱硫负担,又可以简化炼钢工序脱硫处理环节的铁水预处理脱硫工艺的应用越来越广泛[1-2],脱硫喷枪使用寿命的提高也就成为冶金工作者们感兴趣的课题。
由于S i O2微粉和A l2O3微粉具有良好的填充作用,能有效地填充在浇注料骨料和细粉堆积形成的孔隙中,由此可降低浇注料的加水量,改善其流动性,降低气孔率,提高致密度和强度,改善抗热震性和抗渣性。
本工作研究了S i O2微粉和A l2O3微粉加入量对脱硫枪用莫来石-刚玉浇注料的显气孔率、强度、抗热震性和抗渣性等的影响,以确定莫来石-刚玉浇注料中微粉的合适加入量。
0*1 试验1.1 原料及试验配方采用莫来石M45(吸水率2.32%,体积密度2.50 g c m-3)、电熔莫来石(体积密度2.82g c m-3)、刚玉、纯铝酸钙水泥、A l2O3微粉(d50=2.11 m)、S i O2微粉(d50=1.07 m)等为原料制备脱硫枪用莫来石-刚玉浇注料。
表1给出了所用原料的主要化学组成。
本试验中骨料是莫来石M45和电熔莫来石,基质部分包括刚玉细粉、电熔莫来石细粉、纯铝酸钙水泥、A l2O3微粉和S i O2微粉,骨料和基质料的质量比固定为70 30。
具体试验方案见表2。
表1 原料的主要化学组成(w)Tab le1C hem i c a l compositions of star ting ma t e ria ls%原料名称A l2O3S i O2Fe2O3Ca O LO I莫来石M4545.7250.661.020.20-电熔莫来石70.1224.581.100.20-刚玉粉99.50.060.06--纯铝酸钙水泥69.210.220.1529.52-A l2O3微粉99.80.020.01-0.01S i O2微粉0.493.40.6-1.0表2 浇注料的配比(w)Tab l e2Fo r mu las o f specm i ens%原 料1#2#3#4#5#6#7#莫来石M4510~5mm151515151515155~3mm20202020202020电熔莫来石3~1mm14141414141414<1mm21212121212121<0.074mm10101010101010刚玉细粉<0.074mm1514131212108纯铝酸钙水泥3333333S i O2微粉2345333A l2O3微粉0000246 1.2 制样及性能测试按YB/T5202.1-2003制样后,按有关标准分别测试样经110 24h、1000 3h和1400 3h处理后的显气孔率和体积密度、常温抗折强度和耐压强*李洪波:男,1973年生,硕士研究生,工程师。
E m ai:l lirrl hb@126.co m收稿日期:2007-03-05修回日期:2007-07-20度、烧后永久线变化率。
用水冷法进行抗热震试验。
将经1400 3h处理后的试样加热到1100 并保温20m i n,然后用快速流动的水冷却3m i n,再自然冷却5m in。
如此循环2次,以抗折强度保持率来衡量试样的抗热震性。
用静态坩埚法进行抗渣试验。
由于研究的材料将用于对铁水进行预处理的脱硫喷枪,故试验渣选用铁水包渣,其主要化学组成(w)为:Si O239.62%, A l2O36.69%,Ca O42.78%,MgO6.74%,K2O0.38%, N a2O0.29%。
将适量的铁水包渣装入坩埚中,经1450 3h处理,将冷却后的坩埚沿纵向切为对称的两半,测量最大侵蚀深度和最大渗透深度,然后指定某一试样的侵蚀指数为100%,其他试样的最大侵蚀深度均与选定试样的相比而得到相对侵蚀指数。
2 结果与讨论2.1 微粉加入量对试样显气孔率和体积密度的影响图1、图2分别示出了不同热处理条件下体积密度、显气孔率与微粉加入量的关系。
由图1可看出:(1)不加A l2O3微粉,S i O2微粉加入量在2%~ 5%范围内增加时,试样(1#~4#)在烘干、1000 和1400 处理后的体积密度均逐渐增大,显气孔率逐渐缩小。
这是由于S i O2微粉具有很好的流动性,可以填充浇注料颗粒和细粉之间的孔隙,改善浇注料的流动性,降低加水量。
(2)加入3%硅微粉,A l2O3微粉加入量在0~6%图1 微粉加入量对浇注料体积密度、显气孔率的影响F ig.1E ff ec t s o f m i c ropowde r add itions on bu l k den sity andappa ren t po rosity o f castab les 范围内增加时,试样(2#、5#~7#)在烘干、1000 和1400 处理后的体积密度均呈现出先增后减的变化,且A l2O3微粉加入量为2%(5#试样)和4%(6#试样)时体积密度稍大,而显气孔率的变化不太明显。
2.2 微粉加入量对冷态强度的影响图2示出了微粉加入量对莫来石-刚玉浇注料常温抗折强度和耐压强度的影响。
由图2中可知:(1)对于1#~4#试样,随着Si O2微粉加入量2% ~5%范围内增加,烘干后试样的抗折强度、耐压强度均是先增后减,其中以加入量为4%时最高;1000 3h处理后试样的抗折强度随S i O2微粉加入量的增加先增后减,以加入量为4%时最高,而耐压强度则是随着S i O2微粉加入量的增加呈增加趋势;1400 3h处理后试样的抗折强度变化不明显,而耐压强度则呈增大趋势。
另外,S i O2微粉含量在3%~5%范围内的试样经低、中、高温处理后的强度差别不明显。
(2)当浇注料中加入3%S i O2微粉,A l2O3微粉量在0~6%范围内增加时,试样(2#和5#~7#)经低、中、高温处理后的抗折和耐压强度基本上呈增大趋势,其中A l2O3微粉加入量为2%时(5#试样)比不加时的(2#试样)强度增加明显,而A l2O3微粉加入量在2%~6%范围内时,试样的强度增加不明显。
分析认为:S i O2微粉遇水后可形成牢固的Si O Si键结合的网状链结构,它能一直保持到1200 以上[3],使浇注料具有良好的常温与中温强度;同时,S i O2微粉还可与A l2O3反应生成莫来石,提高浇图2 微粉加入量对浇注料常温强度的影响Fig.2E ff ects o f m icropowder addition s on co ld streng th o f cast ab les注料的中、高温强度,但是S i O2微粉含量达到一定程度后,对浇注料的增强作用就趋于平缓。
而加入高活性的A l2O3微粉后,更有利于莫来石的生成,因而浇注料强度有较大的提高。
2.3 微粉加入量对永久线变化率的影响图3示出了S i O2微粉和A l2O3微粉加入量对莫来石-刚玉浇注料烧后永久线变化率的影响。
图3 微粉加入量对浇注料烧后永久线变化率的影响F ig.3E ff ects o f m icropowder add itions on pe r manent linearchange o f castab l e s由图3中1#~4#试样可知,随着Si O2微粉加入量在2%~5%范围内的增加,1000 处理后试样的永久线变化率呈增加趋势,而1400 处理后试样的永久线变化率先增后减,在Si O2微粉加入量为3%时达最大。
由图3中2#、5#~7#试样可知,随着A l2O3微粉加入量的增加(从0到6%),浇注料在1000 和1400处理后的永久线变化率没有太大改变,只是不加A l2O3微粉的2#试样经1400 处理后的稍大一些。
分析认为:温度达700 后,浇注料中的A l2O3就在S i O2微粉所形成的网状链范围内反应形成非化学计量化合物,温度达1000 后,二者就开始反应生成莫来石[3-4],产生膨胀。
随着S i O2微粉加入量的增加,莫来石生成量增加,产生的膨胀量也大,且随着温度进一步升高,莫来石生成量增大且莫来石晶体逐渐长大,因此1400 处理后试样的永久线变化率比1000 处理后的大。
另一方面,由于试样在1400时已经开始烧结,而Si O2微粉加入后更利于烧结的进行,因此,随着S i O2微粉加入量的增加,烧结收缩逐渐加剧,抵消了部分膨胀,故烧后永久线变化呈减小趋势;而在加入2%Si O2微粉的基础上再加入A l2O3微粉,则微粉总量增加,利于浇注料的烧结,因此加A l2O3微粉后的5#~7#试样经1400 处理后的永久线变化率比不加的2#试样略有下降。
2.4 微粉加入量对热震性的影响图4示出了不同微粉加入量试样经2次热震(1100 水冷)后的抗折强度保持率。
比较2#~4#试样可知,随着Si O2微粉在2%~5%范围内增加,试样的抗热震性变差。
比较2#、5#~7#试样可知,当S i O2微粉加入量为3%,A l2O3微粉加入量在0~6%范围内增加时,试样的抗热震性稍有降低。
图4 微粉含量与浇注料热震后抗折强度保持率的关系Fig.4Residua l MOR ra t e a fter the r ma l shock vs m icropowders add ition分析认为:2#~7#试样的基质组成点位于Ca O-A l2O3-S i O2系三元相图(见图5)[5]中的A l2O3-A3S2-CAS2三角形内,随着Si O2微粉加入量的增加,系统组成点向CAS2移动,在1400 热处理过程中产生的液相量增大,其在1100 快速水冷过程中过冷液相生成的不稳定相数量也多,抗热震性因而下降;随着A l2O3微粉加入量增加,由于是用A l2O3微粉代替刚玉粉,系统组成点基本保持不变,高温产生的液相量仅稍有增加,因此,抗热震性略有降低。
