sic和酚醛树脂对免烘烤al

sic和酚醛树脂对免烘烤al

随着铸铁工业的发展和生产工量的提高，残余燃料已成为制约铸铁生产的因素。我国中小型高炉较多,90%以上的中小高炉都是单出铁口或双出铁口,主要使用普通耐火捣打料,近5年来免烘烤捣打料的使用有所增加。免烘烤捣打料施工后,无需烘烤就可直接出铁,其能提高出铁沟的使用效率。无论是普通烤捣打料还是免烘烤捣打料,其使用寿命都比较短,修沟也较为频繁,因此不能满足单出铁口中小高炉生产的需求,且劳动强度较大。要提高捣打料的使用寿命,捣打料就必须具备抵抗高温铁水和熔渣的剧烈冲刷和侵蚀作用以及间歇出铁的剧烈热震破坏作用。本文对A12O3-SiC-C质免烘烤捣打料耐磨性和抗热震性进行了研究,以期对降低耐材单耗、提高沟衬寿命、降低工人劳动强度、提高高炉炼铁效率和效益具有指导意义。1测试1.1白刚玉粉粒级sic为基质本试验主要以特级高铝矾土熟料(8～5mm,5～3mm,3～1mm,1～0mm4种粒级)为骨料,白刚玉粉(<0.088mm),SiC(1～0mm,<0.088mm两种粒级)为基质。主要原料的化学成分如表1所示。热固性酚醛树脂的性能指标如表2所示。1.2强度和耐热震性将配好的料混合均匀后分别倒入40mm×40mm×160mm和160mm×120mm×40mm模具中捣打成型,在室温下养护24h后脱模,然后于220℃烘烤24h,再经1450℃×3h热处理。分别测量220℃和1450℃处理后试样的常温物理性能,包括线变化率(GB/T5203—1993)、显气孔率(GB/T2997—1987)、体积密度(GB/T2997—1987)、抗折强度(GB/T3001—1982)和耐压强度(GB/T5072—1982)。将1450℃×3h热处理后的试样(40mm×40mm×160mm)进行抗热震性试验,按照YB/T2206.2—1998的方法直至其断裂为止,并测量其循环次数。将1450℃×3h热处理后的试样(160mm×120mm×40mm)在高速SiC颗粒冲刷下,测定其耐磨性(GB/T18301—2001)。2结果和讨论2.1热处理和sic对烧结性能的影响图1为捣打料显气孔率和体积密度随SiC加入量的变化趋势。图2为捣打料强度随SiC加入量的变化趋势。由图1和图2可看出,随着SiC加入量的增加,试样的体积密度、抗折强度和耐压强度都有较大的提高。当wSiC为15%时,1450℃烧结后试样的体积密度达到2.54g/cm3,耐压强度为9.32MPa,抗折强度为3.69MPa。这主要是由于SiC为一种共价键化合物,原子结合力强,具有高密度、高硬度、高抗拉强度和耐压强度等特性,因此以SiC作为基质部分能明显地提高基质的强度。但wSiC超过15%时,制品的性能反而下降,这主要是由于SiC过多时,经1450℃热处理后,由于SiC难烧结,使得试样难烧结致密。而且SiC在高温下被氧化为SiO2时,氧化后试样体积产生膨胀,导致其体积密度和强度降低,分别如图1(b)和图2所示。由图1和图2(a),(b)的对比可以看出,经1450℃烧结后的试样强度和体积密度比在220℃时烧结后的试样相应值有所下降。图3为捣打料耐磨性随SiC加入量的变化趋势。由图3可看出,当wSiC为11%时,试样的磨损量较大;当wSiC为15%时,试样的磨损量显著降低,这主要是由于SiC具有相当高的硬度(莫氏硬度为9.2)。当wSiC超过15%后,试样的磨损量随着SiC加入量的增加而增大,这是由于试样的体积密度降低,导致磨损量增大。图4为捣打料抗热震性随SiC加入量的变化趋势。由图4可看出,随着SiC加入量的增加,试样循环次数增加,当wSiC为19%时,其循环次数达到了15次;SiC加入量继续增加,循环次数增加较少,基本趋于稳定。根据抗热震断裂理论,要使材料具有优良的抗热震性能,就要求材料具有高的强度、导热系数、低的热膨胀系数和弹性模量。提高弹性模量意味着材料可以吸收较多的弹性应变能而不致开裂;提高导热系数值则可使内应力得到减缓。从图2还可看出,当wSiC超过15%时,试样的强度有了较大的提高,即其原始强度较高,其循环次数增加,而且SiC具有低热膨胀系数和高导热系数,因此随着SiC加入量的增加,试样的循环次数增加。2.2w酚醛树脂不同强度下的热震性能图5为捣打料显气孔率和体积密度随酚醛树脂加入量的变化。图6为捣打料抗折强度和耐压强度随酚醛树脂加入量的变化。由图5和图6可看出,随着酚醛树脂加入量的增加,试样的体积密度增加,试样强度也在提高,这主要是由于随着酚醛树脂的增加,试样结合紧密。酚醛树脂溶在有机溶剂中,这使得酚醛树脂有较高的分散性和一定的流动性,足量的酚醛树脂使得在混合时结合剂能与物料表面充分的接触。但当w酚醛树脂超过5%时,试样体积密度和强度有所降低。当w酚醛树脂超过7%时,烘烤后的试样产生了严重的膨胀(见图7),以致不能严格地按标准进行其常温物理性能的检测,这主要是由于热固性酚醛树脂中含有一定的水分,在加热过程中,水分挥发,使试样产生膨胀。而在1450℃热处理后试样的线变化率在0～1%范围内,因此,试样中因加入过多的酚醛树脂而导致各项性能降低,主要是因为酚醛树脂中的水分挥发而导致试样膨胀。综上所述,当w酚醛树脂为5%时,试样膨胀很小,强度较高,体积密度较大。图8为捣打料抗热震循环次数随酚醛树脂加入量的变化趋势。由图8可看出,随着酚醛树脂加入量的增加,其热震稳定性逐渐提高,当w酚醛树脂为6%时,其循环次数达到了18次,这主要是由于试样强度的增大使得其抗热震性得到提高。由图6可看出,试样的强度虽在w酚醛树脂为5%时最大,但从图8中看出,当w酚醛树脂为6%时,试样抗热震性最高,这主要是因为膨胀导致微裂纹产生,降低了强度,提高了断裂韧性。这些微裂纹的产生因吸收能量而有效地降低了裂纹尖端附近的有效应力强度,从而提高材料的韧性。图9为捣打料耐磨性随酚醛树脂加入量的变化趋势。由图9可看出,当w酚醛树脂为3%～5%时,试样磨损量不大且差别不明显。当w酚醛树脂超过5%时,磨损量增加很明显,这是由于较多的酚醛树脂导致试样产生较大的膨胀,膨胀造成结构疏松使得其磨损量增加。3wsic与酚醛树脂(1)当wSiC为15%时,捣打料的强度较高,体积密度较大,随着SiC加入量的增加,试样抗热震性和耐磨性提高,但