SiC對(duì)高鋁質(zhì)澆注料性能的影響

1、S1C對(duì)高鋁質(zhì)澆注料性能的影響捕耍 以特級(jí)高鋁磯土 97S1C為主要原料，硅微粉,71水泥等為添加物，研究了 S1C加入量分別為1%、 3%、5%時(shí)對(duì)高鋁質(zhì)澆注料的常規(guī)物理性能、高溫抗折強(qiáng)度、抗渣性能以及其熱震性能的影響。并利用 XRD衍射儀對(duì)實(shí)驗(yàn)后的試樣進(jìn)行了物相分析。結(jié)果表明：加入適量的S1C能修提高澆注料的強(qiáng)度，尤 其對(duì)其熱震穩(wěn)定性有很大的提高。關(guān)鍵詞 SiC ,高鋁質(zhì)澆注料，抗渣性，抗熱震性1前言我國(guó)顯著的磯土資源對(duì)發(fā)展磯土基低水泥、超低水泥澆注料有很大的優(yōu)勢(shì)。鐘香崇預(yù)測(cè)瀏，新世紀(jì) 將有新一代優(yōu)質(zhì)高效耐火材料的興起，其中包括高性能和梯度澆注料。其主攻方向之一為研究開(kāi)發(fā)具有 更高性能的A

2、I2O3基和MgO基超低水泥和無(wú)水泥澆注料，用于高溫領(lǐng)域的關(guān)鍵部位。提高澆注料性能 的重點(diǎn)在于提高其高溫力學(xué)性能、抗熱震性和抗侵蝕性，其主要措施是根據(jù)高溫使用環(huán)境對(duì)材料性能的 要求，調(diào)整、優(yōu)化AI2O3微粉和S1O?微粉的加入量和比例以及引入C、S1C和S1A1ON等非氧化物。S1C 所具有的高導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度、熱膨脹低、與爐渣難以反應(yīng)等優(yōu)良特性被作為爐渣反應(yīng)和高溫剝落嚴(yán)重部 位耐火材料的主要原料使用目。本文主要研究了高鋁質(zhì)澆注料中加入部分S1C后其性能的變化。2實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)原料主要原料為特級(jí)磯土熟料、碳化硅、71水泥、硅微粉等，其理化指標(biāo)如表1所示。表1實(shí)驗(yàn)主要原料及理化指標(biāo)原料成分供應(yīng)廠(chǎng)家

3、特級(jí)磯土A12O385%, SiO25%, Fe3O397%, Fe2O30.7%, F C0.4,游離 Si90%, PH=6.07 0上海，?？蠈?shí)驗(yàn)抗渣性能所用的渣取自某鋼廠(chǎng)電爐渣，CaO/SiOl.7,其化學(xué)組成如表2。表2實(shí)驗(yàn)用渣的化學(xué)組成S1O3A12O3Fe3O3TiOCaOMgOK2ONa2O18.415.4111.420.5831.39 580.030.04 12實(shí)驗(yàn)方案骨料和粉料保持不變，改變S1C的加入量，并加入部分防氧化劑。具體實(shí)驗(yàn)方案如表3：表3實(shí)驗(yàn)方案（wt%）原料ABC磯土料716967Ah03 粉161616硅微粉444S1C135外加劑8882.3性能測(cè)試2.3

4、.1試樣制備將粉料和骨料預(yù)混后在攪拌鍋內(nèi)干混2min后，加水進(jìn)行濕混4min,將濕混均勻的澆注料制成 160iTunx40mmx40mm和230mmx 114mmx65mm的試樣，于室溫下自然養(yǎng)護(hù)24h,經(jīng)110 Cx24h烘干后 待用。2.3.2常規(guī)物理性能和高溫抗折強(qiáng)度顯氣孔率、體積密度按照YB/T5200-1993標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量;常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度按照YB/5201-1993 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；加入永久線(xiàn)變化按照YB/5203-1993標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。將烘干后的試樣放置于高溫抗折實(shí)驗(yàn)爐中， 按照一定的升溫速率（室溫980C時(shí)為330C/h,從980C試驗(yàn)溫度為110C/h）,加熱到1450C，保 溫

5、0.5h,采三點(diǎn)彎曲法測(cè)定試樣的高溫抗折強(qiáng)度。2.3.3抗熱震性熱震實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)磚水冷熱震檢測(cè)。將烘干后的標(biāo)磚置于1100r熱震爐中，保溫30min后進(jìn)行水冷, 檢測(cè)標(biāo)磚試樣抵抗水冷熱震的能力。2.3.4抗渣性抗渣實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)址堪法?？霸龈?00mm,內(nèi)孔為50mmx60mm。經(jīng)振動(dòng)成型、室溫自然養(yǎng)護(hù), 110#Cx24h烘干后，在內(nèi)孔中放入電爐渣190g,置于電爐中經(jīng)過(guò)1500Cx3h的熱處理。實(shí)驗(yàn)后，將坨堪 對(duì)稱(chēng)地切為兩半，測(cè)量截面渣侵蝕和滲透深度。3結(jié)果和討論3.1體積密度、顯氣孔率和線(xiàn)變化圖1、圖2和圖3分別給出了 S1C含量對(duì)高鋁質(zhì)澆注料的顯氣孔率、體積密度和線(xiàn)變化的影響。從圖1可以看

6、出，隨著sic加入量的增加，試樣的顯氣孔率整體呈下降的趨勢(shì)。從圖2可以看出，隨著S1C含量的增加，試樣的體枳密度整體呈上升的趨勢(shì)，而1500C燒后保溫 3h后試樣的體積密度變化不是很明顯。這是因?yàn)?10C試樣的自由水排出引起顯氣孔率下降、體枳密度 增加，135OC則是SiC氧化引起的顯氣孔率下降、體積密度增加，而1500C時(shí)SiC的氧化基本完成所以 顯氣孔率、體積密度變化基本不大。次諦濾rSiC含筮/%S1C含量/%圖1 SiC含量對(duì)氣孔率的影響圖2 S1C含量對(duì)體積密度的影響從圖3可以看出，試樣經(jīng)110C、1350笆、1500C熱處理后均表現(xiàn)出一定程度的膨脹。110C保溫 24h和135OC

7、保溫3h熱處理隨著S1C含量的增加膨脹量逐漸縮小，1500#C保溫3h熱處理后隨著S1C含 量的增加線(xiàn)變化不是很大。從整體看從3%S1C增加到5%S1C線(xiàn)變化變化不是很明顯。1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2-0.0 J.12345SiC含量/%圖3 S1C含量對(duì)線(xiàn)變化的影響3.2強(qiáng)度圖4和圖5分別給出了 S1C含量對(duì)高鋁質(zhì)澆注料常溫抗折強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響。從圖4可以看出，隨著S1C含量的增加經(jīng)過(guò)110C保溫3h熱處理后其常溫抗折強(qiáng)度變化不大：經(jīng)過(guò) 135OC保溫3h熱處理后其抗折強(qiáng)度雖著S1C含量的增加有稍微的增加，但是加入3%的S1C和加入5%的S1C相

8、差不大；經(jīng)過(guò)1500C保溫3h后其抗折強(qiáng)度先增加再降低，在S1C加入在3%時(shí)達(dá)到最大值。從高溫抗折強(qiáng)度曲線(xiàn)可以看S1C的加入量對(duì)其高溫抗折強(qiáng)度影響很小，基本不變。15105 2里、竺套豎疽2023SiC含冕/%Iww234SiC 含 3：/%圖5 S1C含量對(duì)常溫耐壓強(qiáng)度的影響圖4 S1C含量對(duì)常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度的影響如圖5所示是S1C含量對(duì)試樣耐壓強(qiáng)度的影響，110C保溫24h后試樣的常溫耐壓強(qiáng)度變化不大， 在3%S1C含量時(shí)有稍微的下降，之后又有一定的上升；135OC保溫3h后，S1C含量在3%其常溫耐壓 強(qiáng)度達(dá)到最大值；1500C保溫3h后，隨著S1C含量的增加其常溫抗折強(qiáng)度有一

9、定的下降，但是整體上 來(lái)說(shuō)其下降趨勢(shì)不是很大。3.3抗渣性能和熱震穩(wěn)定性圖6所示是S1C加入量對(duì)高鋁質(zhì)澆注料抗渣性能的影響。從址堪剖面圖來(lái)看，隨著S1C加入量的增 加其抗渣性能有一定的下降。圖6 SiC加入量對(duì)其抗渣性能影響S1C在高溫下的氧化是S1C質(zhì)耐火材料損毀室溫主要原因，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，S1C在高溫下氧化氣 氛下的不穩(wěn)定是十分顯著的，然后它卻可以在i6oor的氧化氣氛下長(zhǎng)期使用，著很大程度上是由于形成 S1O?保護(hù)膜的結(jié)果。一般認(rèn)為，當(dāng)S1C在空氣中加熱到800C時(shí)即開(kāi)始氧化，10001300C時(shí)氧化速度緩慢，生成S1O? 玻璃相保護(hù)膜。1300C以后保護(hù)膜中保護(hù)膜中開(kāi)始結(jié)晶處方石英，

10、相變引起保護(hù)膜開(kāi)裂，從而氧化速度 有所增加。在15001600C時(shí)，因S1O?保護(hù)膜達(dá)到一定的厚度，進(jìn)一步的氧化作用變得很困難。但當(dāng)溫度達(dá)到1900K( 1627*0以上時(shí)，由于發(fā)生2SiO2+SiC3SiOT+COT反應(yīng)以及S10?的蒸發(fā)，使S10? 保護(hù)膜受到破壞，因而S1C的氧化作用明顯加強(qiáng)，所以，16C是S1O2保護(hù)膜能夠存在的上限溫度，也 是S1C材料在氧化氣氛中的最高工作溫度，與酸、堿及氧化物作用時(shí)，由于S102保護(hù)膜的作用，S1C 的抗酸能力很強(qiáng)，抗堿能力很差團(tuán)。表4是S1C加入量對(duì)其熱震穩(wěn)定性的影響?？梢钥闯鲭S著S1C加入量的提高其熱震穩(wěn)定性有一定的 提高。這是由于S1C有很高

11、的導(dǎo)熱系數(shù)，S1C所具有的不高的熱膨脹系數(shù)和高的導(dǎo)熱系數(shù)是S1C質(zhì)耐火 材料熱震穩(wěn)定性?xún)?yōu)異的原因。表4 SiC含量對(duì)其熱震穩(wěn)定性的影響檢測(cè)條件1%S1C3%S1C5%S1C1100*0 5h標(biāo)磚熱震18次下線(xiàn)20次沒(méi)壞下線(xiàn)20次有裂紋下線(xiàn)3.4物相組成圖7和圖8分別是S1C加入量為1%和3%時(shí)試樣經(jīng)1500C保溫3h熱處理后的衍射圖譜。從這兩個(gè)圖譜可以看出S1C加入量1%和3%時(shí)生成的莫來(lái)石的量和剛玉的量很接近，也就是說(shuō)其 物相組成相差不大，但是S1C加入量3%時(shí)其S1C的剩余量要多一些，這也是其熱震穩(wěn)定性好一些的原 因。:Corundum7CA圖7加入1 %SiC試樣1500C熱處理后衍射圖譜圖8加入3%SiC試樣1500C熱處理后的衍射圖譜4結(jié)論S1C的加入能夠降低高鋁質(zhì)澆注料的顯氣孔率和線(xiàn)變化，提高其體積密度。隨著S1C加入量的增加其常溫強(qiáng)度先增加再下降；其高溫抗折強(qiáng)度則是先下降之后再增加，但是 整體變化不大。由于S1C氧化后S10?玻璃保護(hù)膜的作用，所以S1C的加入不利于其抗渣性能的提高；由于S1C的 高導(dǎo)熱性和低膨脹性，加入S1C對(duì)高鋁質(zhì)澆注料的熱震穩(wěn)定性提高很大。參考文獻(xiàn)ZhongXiangchong. Looking ahead new generation high performance refractory ceramics. lorld