sic和酚醛樹脂對(duì)免烘烤al

sic和酚醛樹脂對(duì)免烘烤al

隨著鑄鐵工業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)工量的提高，殘余燃料已成為制約鑄鐵生產(chǎn)的因素。我國(guó)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(chǎn)的需求,且勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)A12O3-SiC-C質(zhì)免烘烤搗打料耐磨性和抗熱震性進(jìn)行了研究,以期對(duì)降低耐材單耗、提高溝襯壽命、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高高爐煉鐵效率和效益具有指導(dǎo)意義。1測(cè)試1.1白剛玉粉粒級(jí)sic為基質(zhì)本試驗(yàn)主要以特級(jí)高鋁礬土熟料(8～5mm,5～3mm,3～1mm,1～0mm4種粒級(jí))為骨料,白剛玉粉(<0.088mm),SiC(1～0mm,<0.088mm兩種粒級(jí))為基質(zhì)。主要原料的化學(xué)成分如表1所示。熱固性酚醛樹脂的性能指標(biāo)如表2所示。1.2強(qiáng)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(hù)24h后脫模,然后于220℃烘烤24h,再經(jīng)1450℃×3h熱處理。分別測(cè)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(qiáng)度(GB/T3001—1982)和耐壓強(qiáng)度(GB/T5072—1982)。將1450℃×3h熱處理后的試樣(40mm×40mm×160mm)進(jìn)行抗熱震性試驗(yàn),按照YB/T2206.2—1998的方法直至其斷裂為止,并測(cè)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(cè)定其耐磨性(GB/T18301—2001)。2結(jié)果和討論2.1熱處理和sic對(duì)燒結(jié)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(shì)。圖2為搗打料強(qiáng)度隨SiC加入量的變化趨勢(shì)。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(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度都有較大的提高。當(dāng)wSiC為15%時(shí),1450℃燒結(jié)后試樣的體積密度達(dá)到2.54g/cm3,耐壓強(qiáng)度為9.32MPa,抗折強(qiáng)度為3.69MPa。這主要是由于SiC為一種共價(jià)鍵化合物,原子結(jié)合力強(qiáng),具有高密度、高硬度、高抗拉強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度等特性,因此以SiC作為基質(zhì)部分能明顯地提高基質(zhì)的強(qiáng)度。但wSiC超過15%時(shí),制品的性能反而下降,這主要是由于SiC過多時(shí),經(jīng)1450℃熱處理后,由于SiC難燒結(jié),使得試樣難燒結(jié)致密。而且SiC在高溫下被氧化為SiO2時(shí),氧化后試樣體積產(chǎn)生膨脹,導(dǎo)致其體積密度和強(qiáng)度降低,分別如圖1(b)和圖2所示。由圖1和圖2(a),(b)的對(duì)比可以看出,經(jīng)1450℃燒結(jié)后的試樣強(qiáng)度和體積密度比在220℃時(shí)燒結(jié)后的試樣相應(yīng)值有所下降。圖3為搗打料耐磨性隨SiC加入量的變化趨勢(shì)。由圖3可看出,當(dāng)wSiC為11%時(shí),試樣的磨損量較大;當(dāng)wSiC為15%時(shí),試樣的磨損量顯著降低,這主要是由于SiC具有相當(dāng)高的硬度(莫氏硬度為9.2)。當(dāng)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(dǎo)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(shì)。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(dāng)wSiC為19%時(shí),其循環(huán)次數(shù)達(dá)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(qiáng)度、導(dǎo)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(yīng)變能而不致開裂;提高導(dǎo)熱系數(shù)值則可使內(nèi)應(yīng)力得到減緩。從圖2還可看出,當(dāng)wSiC超過15%時(shí),試樣的強(qiáng)度有了較大的提高,即其原始強(qiáng)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(dǎo)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(qiáng)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(qiáng)度和耐壓強(qiáng)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(qiáng)度也在提高,這主要是由于隨著酚醛樹脂的增加,試樣結(jié)合緊密。酚醛樹脂溶在有機(jī)溶劑中,這使得酚醛樹脂有較高的分散性和一定的流動(dòng)性,足量的酚醛樹脂使得在混合時(shí)結(jié)合劑能與物料表面充分的接觸。但當(dāng)w酚醛樹脂超過5%時(shí),試樣體積密度和強(qiáng)度有所降低。當(dāng)w酚醛樹脂超過7%時(shí),烘烤后的試樣產(chǎn)生了嚴(yán)重的膨脹(見圖7),以致不能嚴(yán)格地按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行其常溫物理性能的檢測(cè),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(chǎn)生膨脹。而在1450℃熱處理后試樣的線變化率在0～1%范圍內(nèi),因此,試樣中因加入過多的酚醛樹脂而導(dǎo)致各項(xiàng)性能降低,主要是因?yàn)榉尤渲械乃謸]發(fā)而導(dǎo)致試樣膨脹。綜上所述,當(dāng)w酚醛樹脂為5%時(shí),試樣膨脹很小,強(qiáng)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(shì)。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(dāng)w酚醛樹脂為6%時(shí),其循環(huán)次數(shù)達(dá)到了18次,這主要是由于試樣強(qiáng)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(qiáng)度雖在w酚醛樹脂為5%時(shí)最大,但從圖8中看出,當(dāng)w酚醛樹脂為6%時(shí),試樣抗熱震性最高,這主要是因?yàn)榕蛎泴?dǎo)致微裂紋產(chǎn)生,降低了強(qiáng)度,提高了斷裂韌性。這些微裂紋的產(chǎn)生因吸收能量而有效地降低了裂紋尖端附近的有效應(yīng)力強(qiáng)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(shì)。由圖9可看出,當(dāng)w酚醛樹脂為3%～5%時(shí),試樣磨損量不大且差別不明顯。當(dāng)w酚醛樹脂超過5%時(shí),磨損量增加很明顯,這是由于較多的酚醛樹脂導(dǎo)致試樣產(chǎn)生較大的膨脹,膨脹造成結(jié)構(gòu)疏松使得其磨損量增加。3wsic與酚醛樹脂(1)當(dāng)wSiC為15%時(shí),搗打料的強(qiáng)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