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如何利用金属硅粉提高铁沟浇注料的抗氧化性和致密度

为改善出铁沟浇注料的抗氧化性能,除了提高浇注料的致密度之外,还需要加入防氧化剂。金属硅粉又称工业硅粉,高温下与碳反应形成碳化硅,优先于碳被氧化,形成一层保护膜,从而减缓浇注料的氧化。本研究探讨金属硅粉为加入量对Al2O3-SiC-C铁沟料性能特别是抗氧化性能的影响。

试验方法

1.试验原料

试验使用的主要原料包括:电熔棕刚玉(Al2O3:95.82%),碳化硅,α-Al2O3微粉(D50=1.08μm),白刚玉粉(粒径=0.044mm),硅微粉(SiO2:96.98%),球状沥青,纯铝酸钙水泥。

2.试样制备

按表1配比准确称料,将配好的原料在搅拌机内干混5min,再加水湿混3min,搅拌均匀,振动台振动成型为40mm×40mm×160mm长条试样和70mm×70mm×70mm方样(中间留直径30mm、深30mm的小孔作为坩埚)。试样常温下养护24h后脱模,经110℃×24h烘干后,长条试样分别加热至1000、1450℃,保温3h,电炉烧成;拼埚试样装25g某钢厂高炉铁渣,以1450℃×3h于电炉中用静态坩埚法做抗渣试验。铁渣成分(%):Al2O3:17.56,Fe2O3:0.71,CaO:40.16,MgO:8.24,SiO2:30.06。


 试样配比(质量分数)%

3.试样检测

按照YB/T5200—1993(2007)标准要求检测试样的显气孔率和体积密度、常温抗折强度、线变化率等,由于1450℃×3h烧成后试样断面颜色一致,无法区别,为了比较抗氧化性,用1000℃×3h烧后试样进行了抗氧化分析,1000℃×3h烧后试样测试抗折强度后,对试样断面进行抗氧化分析;抗瘡试样从中间切开,使用量尺等方法对抗渣侵蚀试样进行测量分析。

试验结果与分析

1.金属硅粉对物理性能的影响

金属硅粉加入量对1000℃×3h烧后铁沟料试样的线变化率、体积密度以及气孔率的影响如图1所示。


 金属硅粉加入量对1000℃×3h烧后试样线变化率、体积密度以及气孔率的影响

由图1可知,在金属硅粉加入量为1%〜4%时,试样的线变化呈逐渐减小的趋势,4%时小,随后又变大;体积密度在金属硅粉加入量为1%〜2%时逐渐上升,2%时达到高,随后下降,在3%〜5%时基本未变化;而气孔率则随着金属硅粉的增加一直呈下降的趋势。这是因为随着金属硅粉的增加,Si与O2反应生成的SiO2逐渐增多,使得线变化减小,生成物堵塞气孔,从而又使得气孔率逐渐降低。

2.金属硅粉对强度的影响

金属硅粉加入量对试样抗折强度的影响见图2。由图2可以看出,经110℃×24h和1450℃×3h热处理后,试样的抗折强度随金属硅粉加入量的增加逐渐增加。

3.金属硅粉对抗氣化性能的影响

金属硅粉对铁沟料试样抗氧化性的影响见图3。

  

不同金属硅粉加入量试样断面抗氧化情况

从图3断面照片看:中间颜色较深的部位为C未被氧化或氧化较轻的部分,中间部分的面积随着金属硅粉加入量的增加而逐渐增大,说明在试验范围内试样经过1000℃×3h处理的抗氧化性随着金属硅粉加入量的增加而提高。

金属硅粉作为防氧化剂的反应机制如下:


试样在烧成过程中,首先经过C被氧化成CO(g)的过程,CO遇金属Si反应生成SiO(g)并使CO还原为C,所以随着金属硅粉加入量的增加,相同时间内,试样中被还原出的C越多,而同时反应所生成的SiO2量也越多,而SiO2为液相,可以堵塞气孔,使致密度提高。故从断面看,随着金属硅粉加入量的增加,断面中间深色面积越大,说明其抗氧化性增强。

4.金属硅粉对抗渣侵蚀的影响

金属硅粉加入量对铁沟料试样抗渣侵蚀性能的影响见图4。


不同硅粉加入量试样抗渣侵蚀情况

通过量尺法,对试样的侧面侵蚀严重位置进行测量,可以发现试样中金属硅粉含量从1%~5%时,试样侧部侵蚀厚度分别为:3、2、2、3、4mm,即金属硅粉加入量在2%和3%时,试样抗渣侵蚀性能好。由于金属硅价格较高,从材料性价比上考虑,确定金属硅粉加入量为2%。

分析认为:铁沟料中加入金属硅粉后,产生两种效应,一种是试样的抗氧化性随着金属硅粉加入量的增加而提高,其抗渣性能也随之提高;另一种是随着金属硅粉加入量增加,试样基质中Al2O3的含量降低,试样的抗渣性能相对下降。在加入量为1%和2%时,一种效应大于第二种,即试样抗渣性能提高;在加入量为2%和3%时,两种效应趋于平衡,即抗渣性能基本一致;在加入量为3%、4%和5%时,第二种效应大于一种,即试样抗渣性能下降。因此,综合考虑金属硅粉加入量以2%为宜。

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点击次数:262  更新时间:2021-12-16  【打印此页】  【关闭