sic和酚醛樹脂對免烘烤al

sic和酚醛樹脂對免烘烤al

隨著鑄鐵工業(yè)的發(fā)展和生產工量的提高，殘余燃料已成為制約鑄鐵生產的因素。我國中小型高爐較多,90%以上的中小高爐都是單出鐵口或雙出鐵口,主要使用普通耐火搗打料,近5年來免烘烤搗打料的使用有所增加。免烘烤搗打料施工后,無需烘烤就可直接出鐵,其能提高出鐵溝的使用效率。無論是普通烤搗打料還是免烘烤搗打料,其使用壽命都比較短,修溝也較為頻繁,因此不能滿足單出鐵口中小高爐生產的需求,且勞動強度較大。要提高搗打料的使用壽命,搗打料就必須具備抵抗高溫鐵水和熔渣的劇烈沖刷和侵蝕作用以及間歇出鐵的劇烈熱震破壞作用。本文對A12O3-SiC-C質免烘烤搗打料耐磨性和抗熱震性進行了研究,以期對降低耐材單耗、提高溝襯壽命、降低工人勞動強度、提高高爐煉鐵效率和效益具有指導意義。1測試1.1白剛玉粉粒級sic為基質本試驗主要以特級高鋁礬土熟料(8～5mm,5～3mm,3～1mm,1～0mm4種粒級)為骨料,白剛玉粉(<0.088mm),SiC(1～0mm,<0.088mm兩種粒級)為基質。主要原料的化學成分如表1所示。熱固性酚醛樹脂的性能指標如表2所示。1.2強度和耐熱震性將配好的料混合均勻后分別倒入40mm×40mm×160mm和160mm×120mm×40mm模具中搗打成型,在室溫下養(yǎng)護24h后脫模,然后于220℃烘烤24h,再經(jīng)1450℃×3h熱處理。分別測量220℃和1450℃處理后試樣的常溫物理性能,包括線變化率(GB/T5203—1993)、顯氣孔率(GB/T2997—1987)、體積密度(GB/T2997—1987)、抗折強度(GB/T3001—1982)和耐壓強度(GB/T5072—1982)。將1450℃×3h熱處理后的試樣(40mm×40mm×160mm)進行抗熱震性試驗,按照YB/T2206.2—1998的方法直至其斷裂為止,并測量其循環(huán)次數(shù)。將1450℃×3h熱處理后的試樣(160mm×120mm×40mm)在高速SiC顆粒沖刷下,測定其耐磨性(GB/T18301—2001)。2結果和討論2.1熱處理和sic對燒結性能的影響圖1為搗打料顯氣孔率和體積密度隨SiC加入量的變化趨勢。圖2為搗打料強度隨SiC加入量的變化趨勢。由圖1和圖2可看出,隨著SiC加入量的增加,試樣的體積密度、抗折強度和耐壓強度都有較大的提高。當wSiC為15%時,1450℃燒結后試樣的體積密度達到2.54g/cm3,耐壓強度為9.32MPa,抗折強度為3.69MPa。這主要是由于SiC為一種共價鍵化合物,原子結合力強,具有高密度、高硬度、高抗拉強度和耐壓強度等特性,因此以SiC作為基質部分能明顯地提高基質的強度。但wSiC超過15%時,制品的性能反而下降,這主要是由于SiC過多時,經(jīng)1450℃熱處理后,由于SiC難燒結,使得試樣難燒結致密。而且SiC在高溫下被氧化為SiO2時,氧化后試樣體積產生膨脹,導致其體積密度和強度降低,分別如圖1(b)和圖2所示。由圖1和圖2(a),(b)的對比可以看出,經(jīng)1450℃燒結后的試樣強度和體積密度比在220℃時燒結后的試樣相應值有所下降。圖3為搗打料耐磨性隨SiC加入量的變化趨勢。由圖3可看出,當wSiC為11%時,試樣的磨損量較大;當wSiC為15%時,試樣的磨損量顯著降低,這主要是由于SiC具有相當高的硬度(莫氏硬度為9.2)。當wSiC超過15%后,試樣的磨損量隨著SiC加入量的增加而增大,這是由于試樣的體積密度降低,導致磨損量增大。圖4為搗打料抗熱震性隨SiC加入量的變化趨勢。由圖4可看出,隨著SiC加入量的增加,試樣循環(huán)次數(shù)增加,當wSiC為19%時,其循環(huán)次數(shù)達到了15次;SiC加入量繼續(xù)增加,循環(huán)次數(shù)增加較少,基本趨于穩(wěn)定。根據(jù)抗熱震斷裂理論,要使材料具有優(yōu)良的抗熱震性能,就要求材料具有高的強度、導熱系數(shù)、低的熱膨脹系數(shù)和彈性模量。提高彈性模量意味著材料可以吸收較多的彈性應變能而不致開裂;提高導熱系數(shù)值則可使內應力得到減緩。從圖2還可看出,當wSiC超過15%時,試樣的強度有了較大的提高,即其原始強度較高,其循環(huán)次數(shù)增加,而且SiC具有低熱膨脹系數(shù)和高導熱系數(shù),因此隨著SiC加入量的增加,試樣的循環(huán)次數(shù)增加。2.2w酚醛樹脂不同強度下的熱震性能圖5為搗打料顯氣孔率和體積密度隨酚醛樹脂加入量的變化。圖6為搗打料抗折強度和耐壓強度隨酚醛樹脂加入量的變化。由圖5和圖6可看出,隨著酚醛樹脂加入量的增加,試樣的體積密度增加,試樣強度也在提高,這主要是由于隨著酚醛樹脂的增加,試樣結合緊密。酚醛樹脂溶在有機溶劑中,這使得酚醛樹脂有較高的分散性和一定的流動性,足量的酚醛樹脂使得在混合時結合劑能與物料表面充分的接觸。但當w酚醛樹脂超過5%時,試樣體積密度和強度有所降低。當w酚醛樹脂超過7%時,烘烤后的試樣產生了嚴重的膨脹(見圖7),以致不能嚴格地按標準進行其常溫物理性能的檢測,這主要是由于熱固性酚醛樹脂中含有一定的水分,在加熱過程中,水分揮發(fā),使試樣產生膨脹。而在1450℃熱處理后試樣的線變化率在0～1%范圍內,因此,試樣中因加入過多的酚醛樹脂而導致各項性能降低,主要是因為酚醛樹脂中的水分揮發(fā)而導致試樣膨脹。綜上所述,當w酚醛樹脂為5%時,試樣膨脹很小,強度較高,體積密度較大。圖8為搗打料抗熱震循環(huán)次數(shù)隨酚醛樹脂加入量的變化趨勢。由圖8可看出,隨著酚醛樹脂加入量的增加,其熱震穩(wěn)定性逐漸提高,當w酚醛樹脂為6%時,其循環(huán)次數(shù)達到了18次,這主要是由于試樣強度的增大使得其抗熱震性得到提高。由圖6可看出,試樣的強度雖在w酚醛樹脂為5%時最大,但從圖8中看出,當w酚醛樹脂為6%時,試樣抗熱震性最高,這主要是因為膨脹導致微裂紋產生,降低了強度,提高了斷裂韌性。這些微裂紋的產生因吸收能量而有效地降低了裂紋尖端附近的有效應力強度,從而提高材料的韌性。圖9為搗打料耐磨性隨酚醛樹脂加入量的變化趨勢。由圖9可看出,當w酚醛樹脂為3%～5%時,試樣磨損量不大且差別不明顯。當w酚醛樹脂超過5%時,磨損量增加很明顯,這是由于較多的酚醛樹脂導致試樣產生較大的膨脹,膨脹造成結構疏松使得其磨損量增加。3wsic與酚醛樹脂(1)當wSiC為15%時,搗打料的強度較高,體積密度較大,隨著SiC加入量的增加,試樣抗熱震性和耐磨性提高,但