论文部分内容阅读
滑动水口是炼钢连铸用功能性耐火材料,起调节和控制钢水流量作用,由于使用条件的苛刻性,对其抗侵蚀性、抗热震性、抗冲刷性等综合高温性能都提出了严格要求。为满足特种钢浇注的使用要求,人们开发了金属结合免烧MgO-Al-C质滑动水口。但由于MgO的热膨胀系数较大,高温下材料内产生较大的热应力,导致抗热震性差,影响使用寿命。基于此,本课题制备了Al粉包覆改性镁砂颗粒,研究了Al粉包覆改性镁砂颗粒及不同硅基、铝基、锆基和铁基原料对MgO-Al-C材料性能、组成及显微结构的影响。采用包覆工艺制备了Al粉包覆量为0 wt%、2 wt%、4 wt%、6 wt%的改性镁砂颗粒,经旋转磨损实验,4 wt%包覆量的改性镁砂颗粒具有最低的脱落比;从烘后MgO-Al-C材料的显微结构看,改性镁砂颗粒表面包覆一层Al粉环带,可知制备的改性镁砂有较高结合强度,可以满足制备MgO-Al-C材料的要求。对比添加0 wt%和52 wt%改性镁砂颗粒（Al粉包覆量为4 wt%）MgO-Al-C材料的性能,热震后的残余强度保持率从65.3%提高到80.0%,高温抗折强度由23.22 MPa增加到25.61 MPa,氧化层厚度由1.86 mm降低到1.51 mm。通过引入改性镁砂,调控材料中Al粉的分布,使高温下镁砂颗粒周围生成更多针状或纤维状的Al4C3、Al N及Mg Al2O4,强化颗粒与基质的结合,提高材料的高温抗折强度。Al4C3、Al N具有低膨胀、高导热性,可舒缓材料内部热应力,起增韧作用,改善材料的抗热震性。加入单质硅可改善材料的高温性能,其加入量由0 wt%增加到2 wt%,试样热震后的残余强度保持率由62.9%提高到68.1%,高温抗折强度从26.48 MPa增加到30.63MPa,氧化层厚度也略有降低。单质硅具有一定的塑性,可舒缓材料内部热应力,改善其抗热震性;高温下Si转化为Si C、Si O2及镁橄榄石可提高材料的高温强度及抗氧化性。加入熔融石英可明显改善材料的抗热震性,其加入量由0 wt%增加到2 wt%,试样热震后的残余强度保持率由62.9%提高到73.2%,且高温抗折强度提高了1.41 MPa。熔融石英具有很低的热膨胀系数,高温下可降低材料内部热应力,提高其抗热震性。但由于熔融石英的晶型转变,影响材料内部结合,加入量不宜过多,否则影响材料的高温性能。当碳化硅的加入量由0 wt%增加到10 wt%时,试样热震后的残余强度保持率略有提高,氧化层厚度由1.71 mm降低至1.60 mm,其加入量为5 wt%试样的高温抗折强度提高了2.71 MPa。Si C具有较低的热膨胀系数和较高的热导率,可提高材料的抗热震性,高温下Si C氧化生成Si O2及镁橄榄石可提高材料的高温强度及抗氧化性。复合加入单质硅和熔融石英,可发挥两种原料的特点,同时提高材料的抗热震性、抗氧化性,其合适的复合比为单质硅3 wt%+熔融石英2 wt%。造粒氧化铝微粉的加入量由0 wt%增加到1 wt%,试样热震后的残余强度保持率由62.8%提高至64.1%,氧化层厚度由1.71 mm降低到1.36 mm。造粒氧化铝微粉具有多孔结构,可吸收热应力,改善材料抗热震性。高温下其表面生成镁铝尖晶石,产生膨胀,促进材料致密化,改善材料的抗氧化性。氧化铝空心微珠的加入量由0 wt%增加到3wt%,试样热震后的残余强度保持率由62.8%提高至65.1%,氧化层厚度由1.71 mm降低到1.66 mm。氧化铝空心微珠具有良好的流动性,有利于提高成型密度,且其中空结构可缓冲热应力,达到提高抗氧化性和抗热震性的效果。当六铝酸钙加入量由0 wt%增加到5 wt%,试样热震后的残余强度保持率从62.8%提高至73.4%,所对应试样的载荷-位移曲线具有较低的斜率;因六铝酸钙的热膨胀系数较低,可赋予材料较好的韧性,有利于改善抗热震性。造粒氧化锆微粉的加入量由0 wt%增加到1 wt%,试样的高温抗折强度从26.48MPa提高到27.92 MPa,热震后的残余强度保持率略有提高,氧化层厚度由2.83 mm降至2.77 mm。造粒氧化锆微粉具有多孔结构,可舒缓材料内部热应力,改善材料的抗热震性;高温下发生晶型转变或与镁砂固溶产生微裂纹,起到一定的增强增韧作用。氧化锆空心微珠的加入量由0 wt%增加到4 wt%,试样的高温抗折强度由26.48 MPa提高至29.28 MPa,热震后的强度保持率由56.0%提高至64.0%,氧化层厚度从2.83 mm降至2.68 mm。氧化锆空心微珠为中空结构,可吸收材料内部热应力,并起钉扎作用,改善材料的抗热震性,且其具有良好的流动性,可提高材料的致密性,改善其抗氧化性。单质铁的加入量从0 wt%增加到2 wt%,试样热震后的残余强度保持率由61.6%提高至73.7%,高温抗折强度提高了0.89 MPa,氧化层厚度从1.79 mm降到1.39 mm。单质铁具有一定的塑性,有利于提高材料的致密性、抗热震性及抗氧化性。铁氧化后与镁砂生成MgO-Fe O固溶体可促进结合,提高材料的高温强度。氧化铁的加入量由0 wt%增加到2 wt%,试样的高温抗折强度从26.48 MPa提高到27.82 MPa,热震后的残余强度保持率由61.6%提高到65.2%,氧化层厚度降低了0.62 mm。高温下氧化铁与氧化铝、氧化镁反应生成铁铝尖晶石、镁铁铝复合尖晶石,伴随一定的体积膨胀,促进致密化,提高材料的抗氧化性。同时因其与镁砂的热失配,产生一定量的微裂纹,改善材料的抗热震性。铁铝尖晶石的加入量从0 wt%增加到6 wt%,试样热震后的残余强度保持率高达74%,高温抗折强度略有提高,氧化层厚度从1.79 mm降至1.64 mm。因铁铝尖晶石具有较低热膨胀系数,且高温下生成复合尖晶石,有利于改善材料的抗热震性和抗氧化性。