SiC对高铝质浇注料性能的影响

2 实验
2.1 实验原料 主要原料为特级矾土熟料、碳化硅、71 水泥、硅微粉等，其理化指标如表 1 所示。 表 1 实验主要原料及理化指标 原料 特级矾土 SiC（1～0mm） 硅微粉 成分 Al2O3≥85％，SiO2≤5％，Fe2O3≤1.8％ SiC≥97％，Fe2O3≤0.7％，F﹒C≤0.4，游离 Si≤0.9 SiO2≥90％，PH=6.0～7.0 供应厂家 山西，孝义 河南，郑州 上海，埃肯
SiC 对高铝质浇注料性能的影响
摘要 以特级高铝矾土， 97SiC 为主要原料， 硅微粉， 71 水泥等为添加物， 研究了 SiC 加入量分别为 1％、 3％、5％时对高铝质浇注料的常规物理性能、高温抗折强度、抗渣性能以及其热震性能的影响。并利用 XRD 衍射仪对实验后的试样进行了物相分析。结果表明：加入适量的 SiC 能够提高浇注料的强度，尤 其对其热震稳定性有很大的提高。
耐压强度/MPa
1 2 3 4 5
10
80 60 40
5
0
20 1 2 3 4 5
SiC含量/％
SiC含量/％
图 4 SiC 含量对常温抗折强度和高温抗折强度的影响
图 5 SiC 含量对常温耐压强度的影响
如图 5 所示是 SiC 含量对试样耐压强度的影响，110℃保温 24h 后试样的常温耐压强度变化不大， 在 3％SiC 含量时有稍微的下降，之后又有一定的上升；1350℃保温 3h 后，SiC 含量在 3％其常温耐压 强度达到最大值；1500℃保温 3h 后，随着 SiC 含量的增加其常温抗折强度有一定的下降，但是整体上 来说其下降趋势不是很大。 3.3 抗渣性能和热震稳定性 图 6 所示是 SiC 加入量对高铝质浇注料抗渣性能的影响。从坩埚剖面图来看，随着 SiC 加入量的增 加其抗渣性能有一定的下降。
[1]ZhongXiangchong.Looking ahead new generation high performance refractory ceramics.World Refractories Congress(invited lecture),2002 [2]Myhere B.Strength development of bauxite-based cement castable[J].American Ceramic Bull,来自百度文库994,73(5):68-73 [3]郭海珠,佘森.耐火原料手册[M].北京:中国建材工业出版社,2000:449
实验抗渣性能所用的渣取自某钢厂电炉渣，CaO/SiO2=1.7，其化学组成如表 2。 表 2 实验用渣的化学组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO CaO MgO K2O Na2O
18.41 2.2 实验方案
5.41
11.42
0.58
31.3
9.58
0.03
0.04
骨料和粉料保持不变，改变 SiC 的加入量，并加入部分防氧化剂。具体实验方案如表 3： 表 3 实验方案（wt％） 原料 矾土料 Al2O3 粉 硅微粉 SiC 外加剂 2.3 性能测试 2.3.1 试样制备 将粉料和骨料预混后在搅拌锅内干混 2min 后，加水进行湿混 4min ，将湿混均匀的浇注料制成 160mm× 40mm× 40mm 和 230mm× 114mm× 65mm 的试样，于室温下自然养护 24h，经 110℃× 24h 烘干后 待用。 2.3.2 常规物理性能和高温抗折强度 显气孔率、 体积密度按照 YB/T5200-1993 标准测量； 常温抗折强度、 常温耐压强度按照 YB/5201-1993 标准测试；加入永久线变化按照 YB/5203-1993 标准检测。将烘干后的试样放置于高温抗折实验炉中， 按照一定的升温速率（室温～980℃时为 330℃/h，从 980℃～试验温度为 110℃/h） ，加热到 1450℃，保 温 0.5h，采三点弯曲法测定试样的高温抗折强度。 2.3.3 抗热震性 热震实验采用标砖水冷热震检测。将烘干后的标砖置于 1100℃热震炉中，保温 30min 后进行水冷， 检测标砖试样抵抗水冷热震的能力。 2.3.4 抗渣性 抗渣实验采用静态坩埚法。坩埚高 100mm，内孔为 Φ50mm× 60mm。经振动成型、室温自然养护， 110℃× 24h 烘干后，在内孔中放入电炉渣 190g，置于电炉中经过 1500℃× 3h 的热处理。实验后，将坩埚 对称地切为两半，测量截面渣侵蚀和渗透深度。 A 71 16 4 1 8 B 69 16 4 3 8 C 67 16 4 5 8
的 SiC 相差不大；经过 1500℃保温 3h 后其抗折强度先增加再降低，在 SiC 加入在 3％时达到最大值。 从高温抗折强度曲线可以看 SiC 的加入量对其高温抗折强度影响很小，基本不变。
20
110℃ 1350℃ 1500℃ Hot MOR
110℃ 1350℃ 1500℃
120 100
15
抗折强度/MPa
从图 3 可以看出，试样经 110℃、1350℃、1500℃热处理后均表现出一定程度的膨胀。110℃保温 24h 和 1350℃保温 3h 热处理随着 SiC 含量的增加膨胀量逐渐缩小，1500℃保温 3h 热处理后随着 SiC 含 量的增加线变化不是很大。从整体看从 3％SiC 增加到 5％SiC 线变化变化不是很明显。
110℃ 1350℃ 1500℃
1.4 1.2 1.0
线变化/％
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1 2 3 4 5
SiC含量/％
图 3 SiC 含量对线变化的影响 3.2 强度 图 4 和图 5 分别给出了 SiC 含量对高铝质浇注料常温抗折强度、高温抗折强度和耐压强度的影响。 从图 4 可以看出， 随着 SiC 含量的增加经过 110℃保温 3h 热处理后其常温抗折强度变化不大；经过 1350℃保温 3h 热处理后其抗折强度虽着 SiC 含量的增加有稍微的增加，但是加入 3％的 SiC 和加入 5％
图 7 加入 1％SiC 试样 1500℃热处理后衍射图谱
图 8 加入 3％SiC 试样 1500℃热处理后的衍射图谱
4 结论
（1）SiC 的加入能够降低高铝质浇注料的显气孔率和线变化，提高其体积密度。 （2）随着 SiC 加入量的增加其常温强度先增加再下降；其高温抗折强度则是先下降之后再增加，但是 整体变化不大。 （3）由于 SiC 氧化后 SiO2 玻璃保护膜的作用，所以 SiC 的加入不利于其抗渣性能的提高；由于 SiC 的 高导热性和低膨胀性，加入 SiC 对高铝质浇注料的热震稳定性提高很大。 参考文献
2.90
110℃ 1350℃ 1500℃
17 16 15
110℃ 1350℃
1500℃
体积密度/g·cm-3
2.85
气孔率/％
14 13 12 11 1 2 3 4 5
2.80
2.75
2.70
1
2
3
4
5
SiC含量/％
SiC含量/％
图 1 SiC 含量对气孔率的影响
图 2 SiC 含量对体积密度的影响
温度达到 1900K（1627℃）以上时，由于发生
反应以及 SiO2 的蒸发，使 SiO2
保护膜受到破坏，因而 SiC 的氧化作用明显加强，所以，1627℃是 SiO2 保护膜能够存在的上限温度，也 是 SiC 材料在氧化气氛中的最高工作温度，与酸、碱及氧化物作用时，由于 SiO2 保护膜的作用，SiC 的抗酸能力很强，抗碱能力很差[3]。 表 4 是 SiC 加入量对其热震稳定性的影响。可以看出随着 SiC 加入量的提高其热震稳定性有一定的 提高。这是由于 SiC 有很高的导热系数，SiC 所具有的不高的热膨胀系数和高的导热系数是 SiC 质耐火 材料热震稳定性优异的原因。 表 4 SiC 含量对其热震稳定性的影响 检测条件 1100*0.5h 标砖热震 3.4 物相组成 图 7 和图 8 分别是 SiC 加入量为 1％和 3％时试样经 1500℃保温 3h 热处理后的衍射图谱。 从这两个图谱可以看出 SiC 加入量 1％和 3％时生成的莫来石的量和刚玉的量很接近，也就是说其 物相组成相差不大，但是 SiC 加入量 3％时其 SiC 的剩余量要多一些，这也是其热震稳定性好一些的原 因。 1％SiC 18 次下线 3％SiC 20 次没坏下线 5％SiC 20 次有裂纹下线
3 结果和讨论
3.1 体积密度、显气孔率和线变化 图 1、图 2 和图 3 分别给出了 SiC 含量对高铝质浇注料的显气孔率、体积密度和线变化的影响。
从图 1 可以看出，随着 SiC 加入量的增加，试样的显气孔率整体呈下降的趋势。 从图 2 可以看出，随着 SiC 含量的增加，试样的体积密度整体呈上升的趋势，而 1500℃烧后保温 3h 后试样的体积密度变化不是很明显。这是因为 110℃试样的自由水排出引起显气孔率下降、体积密度 增加，1350℃则是 SiC 氧化引起的显气孔率下降、体积密度增加，而 1500℃时 SiC 的氧化基本完成所以 显气孔率、体积密度变化基本不大。
图 6 SiC 加入量对其抗渣性能影响 SiC 在高温下的氧化是 SiC 质耐火材料损毁室温主要原因，根据热力学计算，SiC 在高温下氧化气 氛下的不稳定是十分显著的， 然后它却可以在 1600℃的氧化气氛下长期使用， 着很大程度上是由于形成 SiO2 保护膜的结果。 一般认为，当 SiC 在空气中加热到 800℃时即开始氧化，1000～1300℃时氧化速度缓慢，生成 SiO2 玻璃相保护膜。1300℃以后保护膜中保护膜中开始结晶处方石英，相变引起保护膜开裂，从而氧化速度 有所增加。在 1500～1600℃时，因 SiO2 保护膜达到一定的厚度，进一步的氧化作用变得很困难。但当
关键词
SiC，高铝质浇注料，抗渣性，抗热震性
1 前言
我国显著的矾土资源对发展矾土基低水泥、超低水泥浇注料有很大的优势。钟香崇预测[1]，新世纪 将有新一代优质高效耐火材料的兴起，其中包括高性能和梯度浇注料。其主攻方向之一为研究开发具有 更高性能的 Al2O3 基和 MgO 基超低水泥和无水泥浇注料，用于高温领域的关键部位。提高浇注料性能 的重点在于提高其高温力学性能、抗热震性和抗侵蚀性，其主要措施是根据高温使用环境对材料性能的 要求，调整、优化 Al2O3 微粉和 SiO2 微粉的加入量和比例以及引入 C、SiC 和 SiAlON 等非氧化物。SiC 所具有的高导热性、高强度、热膨胀低、与炉渣难以反应等优良特性被作为炉渣反应和高温剥落严重部 位耐火材料的主要原料使用[2]。本文主要研究了高铝质浇注料中加入部分 SiC 后其性能的变化。