高铝浇注料高温耐磨性影响因素的研究

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分类: 金牌耐材小课堂 |
由于耐火材料在使用中经常受到高温甚至高 速含尘气流的冲蚀,近年来对其耐磨性的研究日 渐增多,而且随着高温耐磨设备的不断完善,对耐 火材料高温耐磨性的研究也随之开展起来。胡水 等研究了刚玉耐火材料的高温耐磨性,认为减 少水泥加入量和提高硅微粉加入量可以提高材料 的高温耐磨性,而增大磨料颗粒尺寸和增大冲蚀 角可以增加对其材料的磨损。Bruggmann等 研究了碳化硅加入量对低水泥矶土浇注料的高温 耐磨性的影响,发现随着碳化硅含量的增加,材料 的磨损量趋于增大,而且在试验温度低于600 "C 时,不同碳化硅含量浇注料的磨损量差别较大,而 温度在1 000 'C以上时浇注料磨损量基本上一致;所有材料的磨损量均随着试验温度的升高而 减小。为此,本文利用新研制的高温耐磨实验机, 以高铝浇注料为原料,研究了临界粒度、水泥加入 量和热处理温度等对材料高温耐磨性的影响。
高铝浇注料所用主要原料有特级矶土熟料、 SiO2微粉eALO:,微粉,p-Al2O3微粉和纯铝酸 钙水泥(Secar71),其理化性能指标如表1所示。
1.2试验方案
不同水泥加入量的试样配方如表2所示。在 各试样配比中加入0.05%的三聚磷酸钠和
Table 1 Physical and chemical properties of raw materials used in castables
原料 |
化学组成 |
体积密度 /g , cm""3 |
中位粒径 |
||||
AI2 O3 |
SiO2 |
CaO |
Fe2O3 |
k2o |
|||
特级矶土熟料 |
88. |
5. 83 |
— |
1. 27 |
0. 21 |
3. 41 |
— |
SiO2微粉 |
— |
97. |
— |
一 |
— |
0. 5 |
|
a-Ab O3微粉 |
97. 85 |
— |
— |
一 |
— |
— |
2 |
Secar 71 水泥 |
70. 27 |
0. 27 |
28. 65 |
0. 13 |
— |
2. 96 |
— |
0.08%的六偏磷酸钠作为分散剂。试验选用临界 粒度分别为5,8,15 mm的高铝浇注料试样,并考 察临界粒度对其高温耐磨性的影响。
加水量约为5%,在振动台上振动浇注成型,湿养 护24 h后脱模,在烘箱中干燥(110 'CX24h)。
试样分别在 600 C X 3 h、1 000 C X 3 h、
1 200 rX3 h条件下进行处理,然后进行对应试验温度下的高温耐磨性测定。按配方(见表2)进行配料,在搅拌锅中混合,
表2不同水泥加入量的试样配方(wB/%)
Table 2
of cements
原料 |
试样配方 |
|||
CA-0 |
CA-3 |
CA-6 |
CA-9 |
|
高铝矶土熟料8~3 mm |
40 |
40 |
40 |
40 |
高铝矶土熟料3?Omm |
30 |
30 |
30 |
30 |
髙铝矶土熟料<0.088 mm |
21 |
21 |
18 |
15 |
a-Al2O3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
SiO2微粉 |
4 |
4 |
4 |
4 |
Secar71 水泥 |
0 |
3 |
6 |
9 |
p-Al2O3 |
3 |
- |
一 |
- |
1.4性能测试
高温耐磨性试验采用新研制的高温耐磨实验 机,即试样在耐磨机的高温室中加热至试验温度 并保温30 min,采用压缩空气喷吹一定量特定粒 度的碳化硅砂磨料至试样表面上,根据试样磨损 前后的体积损失评价材料在某一温度的高温耐磨 性。试验温度选取常温、600、800、1 000.1 200 C,磨料喷吹量为1 000 g,喷吹时间为900 s,试样 尺寸为 100 mmX 100 mmX (25?30)mm。
2结果与讨论
2.1水泥加入量对浇注料高温耐磨性的影响
图1为不同试验温度下水泥加入量与高铝浇 注料磨损体积的关系。由图1可看出,在常温和 1 000 'C条件下,随着水泥含量的增加,高铝浇注 料的磨损量均逐渐减小。而在1 20。°C时,随着 水泥含量的增加,浇注料磨损量却略有增大。这 是因为在常温下也即烘烤后试样的抗折强度和耐 压强度随着水泥含量的增加而增大,所以浇注料 磨损量降低;在100。°C时,可能由于水泥引入的 CaO与材料中A12O3、SiOz反应形成一定数量的 钙长石等低熔相,促进了试样的烧结而致密化使 强度提高,所以随着水泥含量的增加,浇注料磨损 量有所降低。但是,当温度升高至1 200 "C时,由 于高铝质材料的玻璃相黏度降低,高铝浇注料 进入黏滞流动阶段,而且水泥含量越大,生成的 玻璃相量越多,黏滞力越小,冲击磨损越多,因此 高铝浇注料的磨损量随水泥含量的增加略有增 大。
为了进一步比较低水泥结合和无水泥结合高 铝浇注料的高温耐磨性能,选用P-A12O3微粉代 替Secar71水泥(加入量为6%)作结合剂进行了 高温耐磨性试验。图2为不同结合体系与高铝浇 注料高温耐磨性的关系。由图2可看出,材料在 各试验温度下的耐磨性差别较小,但在高温 (1 200 C)条件下,无水泥浇注料的耐磨性稍好一 些。这可能是由于p-Al2O3微粉结合的高铝质浇 注料在1 20。C时产生的玻璃相相对较少,从而选择配方中CA-6试样为研究对象,将其分 别在600,1 000,1 200 °C条件下热处理后,进行不 同温度下的耐磨性比较。图3为高铝浇注料磨损 量与试验温度之间的关系。由图3可看出,不同 温度热处理后的试样,磨损量随着试验温度的变 化趋势是相似的,即试验温度越高,试样的磨损体 样的磨损量均大于经600,1 000 C处理后试样的 磨损量。岀现这种现象的原因可能是山:经热处 理后高铝浇注料矿物相包括刚玉、莫来石和少量 玻璃相,由于它们的热膨胀系数不同,冷却后材料 内部会不同程度地出现微裂纹,因此热处理温度 越高,