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近几年,随着中间包寿命大幅提高,定径水口使用寿命远低于中间包寿命。为了实现与中间包包衬材料同寿命,研究定径水口损毁机理提高其使用寿命具有非常重要的意义。目前,钢铁工业连续铸坯使用的定径水口原料是以粒径为50μm左右的部分稳定氧化锆(PSZ)颗粒为骨料,基质部分采用粒径较小的单斜氧化锆和稳定剂共磨粉,通过1700℃以上烧结反应形成PSZ质定径水口。骨料中稳定剂的掺入量不易根据定径水口的需求进行调整。基于以上考虑,本课题模拟氧化锆质定径水口基质组成和烧结稳定过程,通过在脱硅单斜氧化锆中添加不同种类及数量的稳定剂,其中稳定剂的种类、掺入量(质量分数)及试样编号分别为2%CaO(A1)、4%CaO(A2)、6%CaO(A3)、2%MgO(B1)、2.5%MgO(B2)、3%MgO(B3)、1.8%Y2O3(C1)、3.6%Y2O3(C2)、5.4%Y2O3(C3)。借助X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等检测手段,研究了不同种类稳定剂及掺入量对试样的物理性能、相组成和显微结构变化的影响;根据定径水口使用中杂质扩散的区域和温度范围,测定了不同试样室温到1350℃的电导率;模拟定径水口使用温度,采用静态坩埚法测定了其抗侵蚀性能。为探究PSZ定径水口中氧空位迁移、杂质离子扩散和抗侵蚀性能关系提供理论依据。实验研究得出以下结论:(1)随着稳定剂掺入量的增加,烧成后各试样中稳定相ZrO2(c+t-ZrO2)含量明显增加,单斜相(m-Zr O2)明显减少。(2)3种稳定剂稳定的ZrO2试样经1710℃烧成后,同种稳定剂的不同掺入量,试样的晶粒大小变化并不明显。不同种类稳定剂稳定的ZrO2试样体积密度、显气孔率及微观结构差别明显。Y2O3稳定的ZrO2(Y-PSZ)试样烧成后结构最致密,有少量分布均匀的气孔存在;MgO稳定的ZrO2(Mg-PSZ)试样结合不致密,裂纹较多但无气孔存在;CaO稳定的ZrO2(Ca-PSZ)试样结构致密,但存在大量的晶内气孔及少量连通气孔,其体积密度最低。(3)试样的电导率均随测试温度的升高而增大;在相同温度下试样的电导率随稳定剂掺入量(一定范围内)的增大而升高。不同相组成的ZrO2质材料,其高低温区电导率存在显著差异,立方相及四方相含量的增加有助于电导率的提高。(4)侵蚀后的所有试样其侵蚀层相组成几乎全为稳定的ZrO2(t+c-ZrO2),原砖层与过渡层相组成变化不明显。Y-PSZ抗侵蚀性能最佳,Mg-PSZ次之,Ca-PSZ抗侵蚀性能最差。熔渣的渗透扩散和稳定剂的脱溶主要通过气孔与裂纹发生,气孔的存在不仅使试样抗侵蚀性能减弱,也降低了试样的电导率。