隨著鋁冶煉技術(shù)的發(fā)展，對(duì)熔鋁爐內(nèi)襯用耐材提出了更高的要求，同鋁液接觸的部位要求具有高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的抗熱震性。許多學(xué)者對(duì)熔鋁爐用耐材的改進(jìn)進(jìn)行了研究，目前熔鋁爐渣線以下和爐底部位內(nèi)襯主要采用高鋁磚。非氧化物氮化硅鐵具有熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好及不易被熔渣滲透等特點(diǎn)，因此本研究在高鋁質(zhì)澆注料中引入氮化硅鐵，探討其加入量對(duì)高鋁質(zhì)澆注料性能的影響。
1 試驗(yàn)
1.1 原料
主要原料包括GL-80高鋁熟料、棕剛玉粉、鋁微粉、二氧化硅微粉、純鋁酸鈣水泥等，其化學(xué)組成見表1。
表1 主要原料化學(xué)組成(w) %
1.1 試樣制備及性能檢測(cè)
根據(jù)表2的試樣配方進(jìn)行配料，將配好的料倒入B20強(qiáng)力高速攪拌機(jī)中，加入一定量的水進(jìn)行濕式攪拌4~5min，在測(cè)量拌合料流動(dòng)值達(dá)到要求后進(jìn)行澆注成型。試驗(yàn)在室溫23℃、濕度66%下進(jìn)行。
表2 試樣配方(w)%
流動(dòng)值測(cè)定方式：將攪拌好的料裝進(jìn)高(60±0.5)mm，上口內(nèi)徑為Φ(70±0.5)mm，下口內(nèi)徑Φ(100±0.5)mm的截錐圓模中，并放置在GZ-85型水泥膠砂振動(dòng)臺(tái)上，待料表面返漿后，輕輕拔掉圓錐體震動(dòng)30s，使拌合料自由平鋪開來，測(cè)4個(gè)方向的直徑并取平均值，即是該料的流動(dòng)值。
將流動(dòng)值達(dá)到要求的料倒入三聯(lián)模具(40mm×40mm×160mm)和坩堝模具(外形尺寸為Φ100mm×100mm，中孔尺寸為Φ(45~50)mm×60mm)中振動(dòng)成型，并在干燥箱中于110℃×16h干燥，將干燥后試樣放入電爐中分別進(jìn)行1000℃×3h、1300×3h的熱處理。分別按照GB/T3997.1—1998、GB/T2997—2000、GB/T5072.2—2004、GB/T3001—2000檢測(cè)試樣的線變化率、顯氣孔率、體積密度、常溫抗折和耐壓強(qiáng)度。
采用靜態(tài)坩堝法對(duì)1000℃×3h燒后試樣進(jìn)行抗渣試驗(yàn)。試驗(yàn)程序如下：在坩堝內(nèi)下部放入金屬鋁塊適量，上部放入少許熔劑(冰晶石)，在電爐中進(jìn)行1000℃×24h的熱處理，冷卻后將試樣從中間剖開，以坩堝中鋁的滲透深度來評(píng)價(jià)澆注料的防鋁液滲透性，同時(shí)測(cè)量覆蓋劑對(duì)坩堝的侵蝕情況，以評(píng)價(jià)澆注料在熔鋁爐中使用時(shí)的抗渣性能，并對(duì)抗渣試驗(yàn)后進(jìn)行掃描電鏡和能譜分析。
2 結(jié)果與討論
表3為加入不同量氮化硅的鐵澆注料的流動(dòng)值。由表3可知，隨著氮化硅鐵加入量的增加，澆注料的流動(dòng)值略有減小，但總體變化不大，說明氮化硅鐵粉加入量對(duì)澆注料流動(dòng)性影響不大。
表3 氮化硅鐵加入量不同的澆注料的流動(dòng)值
氮化硅鐵加入量對(duì)高鋁質(zhì)澆注料常溫物理性能的影響。
隨著氮化硅鐵加入量的增加，試樣經(jīng)不同溫度處理后的線變化率均不斷減小;經(jīng)110℃×16h、1300℃×3h熱處理后的試樣的體積密度呈不斷上升趨勢(shì)，經(jīng)1000℃×3h熱處理后試樣的體積密度變化不大;經(jīng)不同溫度熱處理后試樣的顯氣孔率逐漸降低，但試樣經(jīng)110℃×16h處理后的顯氣孔率遠(yuǎn)低于經(jīng)高溫處理(1000℃×3h、1300℃×3h)后的，在氧化氣氛下，試樣中的氮化硅鐵發(fā)生了氧化反應(yīng)，產(chǎn)生了氣體，使試樣的顯氣孔率提高;試樣經(jīng)過不同溫度處理后的常溫耐壓及抗折強(qiáng)度均呈不斷升高趨勢(shì)，但試樣經(jīng)過1000℃×3h處理后的常溫耐壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于經(jīng)110℃×16h、1300℃×3h處理后的，試樣經(jīng)110℃×16h的常溫抗折強(qiáng)度遠(yuǎn)高于經(jīng)1000℃×3h、1300℃×3h處理后的，分析認(rèn)為，110℃×16h處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度主要來自于水泥的水化作用，但經(jīng)過1000℃×3h處理后，水泥水化作用引起的強(qiáng)度減弱，同時(shí)由于發(fā)生了反應(yīng)，致使試樣組織結(jié)構(gòu)變的疏松，強(qiáng)度下降，而隨著熱處理溫度的提高，反應(yīng)生成活性較高的SiO2與Al2O3反應(yīng)生成了莫來石的，見反應(yīng)式，又促進(jìn)了材料的燒結(jié)，使材料的強(qiáng)度有所提高。
不同氮化硅鐵加入量的試樣經(jīng)1000℃×24h渣侵蝕后的剖面形貌。，由此可以看出，隨著氮化硅鐵加入量的增加，熔渣對(duì)試樣的滲透略有加強(qiáng)，加入5%的氮化硅鐵的坩鍋雙鋁液滲透較嚴(yán)重，這于試樣中氮化硅鐵氧化產(chǎn)生微孔有關(guān)，但熔渣對(duì)試樣的侵蝕均較弱。由此說明，將適量的氮化鐵引入高鋁質(zhì)澆注料中，對(duì)材料抗鋁液滲透性能影像較小。
渣侵后試樣，在高鋁澆注料中引入氮化硅鐵，經(jīng)高溫處理后，試樣中的部分氮化硅鐵氧化，造成試樣基質(zhì)部位出現(xiàn)了孔洞。當(dāng)氧化硅鐵加入量較多(5)時(shí)，基質(zhì)部位孔洞較多，造成鋁液極易滲透到試樣中。試樣中氮化硅鐵的加入量不宜過多。
3 結(jié)論
(1)試樣經(jīng)110℃×16h、1000℃×3h、1300℃×3h處理后，隨著氮化硅鐵加入量的增加，試樣的線變化及顯氣孔率均呈不斷減小趨勢(shì)，體積密度、常溫抗折和耐壓強(qiáng)度均呈增大趨勢(shì)，但試樣經(jīng)1000℃×3h處理后的常溫耐壓強(qiáng)度原低于試樣經(jīng)110℃×16h、1300℃×3h處理后的強(qiáng)度，試樣經(jīng)110℃×16h的常溫抗折強(qiáng)度遠(yuǎn)高于試樣經(jīng)1000℃×3h、1300℃×3h處理后的強(qiáng)度。
(2)隨著氮化硅鐵加入量的增加，熔渣對(duì)試樣的滲透略有加強(qiáng)，加入15%氮化硅鐵的坩堝試樣鋁液滲透較嚴(yán)重，但熔渣對(duì)試樣的侵蝕程度均較弱。
