含Sialon的MgO基澆注料熱機(jī)械性能和抗渣侵蝕行為研究.pdf

1、本工作采用電熔鎂砂為骨料，電熔鎂砂細(xì)粉和電熔白剛玉細(xì)粉、A1203微粉、Si02微粉為基質(zhì)，以MgO-Si02-H20系為結(jié)合系統(tǒng)，用礬土基B-Sialon部分取代基質(zhì)中的剛玉細(xì)粉，制備了供實(shí)驗(yàn)用的MgO基澆注料。 主要研究?jī)?nèi)容包括：(1)加入β．Sialon對(duì)MgO基澆注料熱機(jī)械性能(高溫抗折強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性)及其顯微結(jié)構(gòu)的影響；(2)用氧化指數(shù)法和熱重實(shí)驗(yàn)法研究含Sialon的MgO基澆注料抗氧化性；(3)采用靜態(tài)坩堝法(1

2、600~C×3h)在埋碳和空氣氣氛下分別用兩種堿度渣(CaO/Si02為1．2和3.5)進(jìn)行抗渣實(shí)驗(yàn)，研究β—Sialon加入物對(duì)MgO基澆注料抗渣性的影響；用分形法研究渣蝕界面形貌；借助SEM、EDAX、EPMA、XRD分析了顯微結(jié)構(gòu)和礦相組成；(4)在感應(yīng)爐中用旋轉(zhuǎn)浸漬法進(jìn)行高堿度渣(CaO/Si02為3.5)條件下動(dòng)態(tài)抗渣實(shí)驗(yàn)，研究Sialon、造粒石墨加入物對(duì)MgO基澆注料抗渣性的影響，結(jié)果表明： 1、加入B．Sialo

3、n有助于提高M(jìn)gO基澆注料的熱機(jī)械性能： (1)隨著Sialon加入量的增加，MgO基澆注料在1400~C下的高溫抗折強(qiáng)度明顯提高，Sialon加入量為10％時(shí)，高溫抗折強(qiáng)度比空白樣提高了2．6倍(2．90Mpa一7．36Mpa)。HMOR-T關(guān)系表明加入Sialon后試樣的Tm提高了200~0(600~C一800~C)，并且其強(qiáng)度高于未加Sialon的試樣。 (2)引入適量Sialon使MgO基澆注料抗熱震性提高，臨界

4、熱震溫差A(yù)Tc從200~0提高到了400~C。熱震溫差A(yù)T=¨00~C時(shí)，Sialon加入量10％試樣的殘余抗折強(qiáng)度保持率從空白樣的51％提高到95％(殘余抗折強(qiáng)度2．91Mpa一3.53Mpa)。 2、抗氧化研究：?jiǎn)我豢寡趸瘎┲?％SiC的抗氧化效果較好；復(fù)合抗氧化劑(1％B4C和3％SiC)的抗氧化效果優(yōu)于SiC。 3、含β．Sialon的MgO基澆注料靜態(tài)抗渣實(shí)驗(yàn)： (1)在埋碳、高堿度渣條件下，加入Sia

5、lon試樣抗渣性均有提高，其中Sialon加入量為5％抗渣性提高明顯；空氣氣氛下，加入2．5％Sialon有助于改善抗渣性，加入量超過5％時(shí)，因氧化加劇引起材料結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致抗渣性能惡化。 (2)分形研究結(jié)果表明，隨Sialon加入量增加，侵蝕分形維數(shù)與試樣渣蝕面積的變化規(guī)律一致，試樣渣蝕界面形貌的分形維數(shù)與其抗渣侵蝕性具有線性關(guān)系。 (3)含Sialon試樣在埋碳、高堿度渣條件下，首先渣中CaO、Si02與試樣中的Mg

6、O、M2S及Sialon反應(yīng)生成CMS、C3MS2低熔物，在侵蝕層、滲透層中Sialon與渣中CaO反應(yīng)，其Al、Si元素含量減少，氮元素部分進(jìn)入到熔體中增加了粘度，減弱了渣的滲透。Sialon與渣反應(yīng)后在數(shù)量、形貌、組成等方面發(fā)生變化，試樣侵蝕層中Sialon很少，呈粒狀和細(xì)纖維狀，氮元素含量高，鋁、硅元素含量低；滲透層中Sialon較少，為短柱狀、針狀，氮元素含量較高，鋁、硅元素含量較低；未變層中Sialon很多，呈短柱狀或針狀晶體

7、穿插或者彌散在方鎂石、鎂鋁尖晶石或鎂橄欖石之間，填充了基質(zhì)中的部分空隙。 (4)空氣氣氛下高堿度渣侵蝕后，加入Sialon試樣隨著CaO/Si02降低，物相主要按C2S+C3S—C3MS2一CMS—M2S+MA順序變化。渣中CaO、Si02與基質(zhì)中MgO、M2S反應(yīng)生成C3MS2、CMS或硅酸鈣，其成分含量的變化影響熔體的粘度；抗氧化劑的加入有助于試樣內(nèi)部保持還原氣氛，在滲透層和未變層均有未被氧化的針狀Sialon晶體，這有利于

8、改善試樣的抗渣性。 4、高堿度渣條件下旋轉(zhuǎn)浸漬抗渣實(shí)驗(yàn)：加入5％Sialon或復(fù)合加入Sialon和造粒石墨各2％能提高M(jìn)gO基澆注料的抗渣侵蝕性，25分鐘旋轉(zhuǎn)渣蝕后抗侵蝕排序?yàn)椋簭?fù)合加入Sialon和造粒石墨各2％試樣>加入5％Sialon試樣>未加Sialon試樣>加入4％造粒石墨試樣。 適量引入B—Sialon對(duì)MgO基澆注料熱機(jī)械性能和還原氣氛下抗渣性能起到較好作用，今后應(yīng)研究更有效的方法以防止Sialon的氧化