合SiC复合材料对铁沟浇注料性能的影响.pdf

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1、Si3N4结合SiC复合材料对铁沟浇注料性能的影响王成1，2’3杨利鹏2’3贺中央2’3李亚伟11．武汉科技大学湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室湖北武汉4300812．濮阳濮耐高温材料(集团)股份有限公司河南濮阳4571003．河南省濮耐高温陶瓷材料工程技术研究中心河南濮阳457100摘要通过在砧型03-SiCC质铁沟浇注料中引入l-o锄Si3N4结合SiC复合材料的研究，结果发现引入l—0加mSi3●“结合SiC复合材料后会引起浇注料加水量增加，体积密度下降，显气率上升，抗折强度、耐压强度及高温抗折强度下降，但浇注料的抗渣侵蚀能力却显著增强。关键词触203一SiCC质铁沟浇注料l—0I

2、IlmSi3N4结合SiC复合材料前言现代高炉正向大型化、高风温、高顶压、长寿命化方向发展，高炉的利用系数日益提高，同时高炉铁沟的使用条件也变得更加恶劣。目前，大型高炉的铁沟普遍使用的是A1203．SiC℃质低水泥或超低水泥浇注料，另外，在A】203．SiCC质铁沟浇注料中引入部分尖晶石以提高浇注料抗铁水的渗透性，并应用在主沟的铁水线部位，也取得了好的使用效果Ⅱ】。由于氮化物具有热膨胀系数小、硬度大、弹性模量高以及热稳定性及化学稳定性好的特点，与渣和铁均不能完全润湿，其抗渣铁的侵蚀性能很好，此外它的氧化产物能阻碍氧的扩散，起自保护作用团。氮化硅结合碳化硅作为一种复合材料，其成分中既含有Si

3、3N4，又含有A1203．SiC￡质浇注料中的主要成分碳化硅，本工作通过在础203．SicC质铁沟浇注料中引入1—0mmsi3N4结合siC复合材料，以研究其对铁沟浇注料性能的影响。1实验过程1．1原料实验采用电熔致密刚玉(w(A1203)=99％)、碳化硅(w(sic)=97％)、氧化铝微粉(w(A1203)=99％)、球状沥青(软化点=120℃)、A．80水泥(w渊203)-80％)及si3N4结合SiC复合材料(w(si3N4)=20％，w(siC)．78％％)为主要原料，。各试样的配料组成如表1。1．2试样制备及检测按表1将各组配方配好，加适量水在搅拌锅中混合，然后振动成型制成坩埚

4、和40mm×40mm×160mm的试样，经110℃×24h烘干后，坩埚中加入高炉渣1450℃×3h烧成，试样分别经1000℃×3h和1450℃×3h·21。烧成。分别测定体积密度、显气孔率、抗折强度和耐压强度。高温抗折强度是根据GB厂r3002一1982，温度是1450℃×lh，氧化气氛，试样预先经1450℃×3h氧化气氛烧成。烧成后的坩埚沿中线剖开，测量坩埚中心截面上侵蚀(渗透)部分面积S，侵蚀(渗透)指数为s／s0×100％，其中So为原坩埚中心孔的截面积。表l试样的配料组成(叭％)。试样编号瓣l器2襻3嚣2结果与分析2．1l一0IIuIlSi3N4结合SiC对A1203．SiC．C质

5、铁沟浇注料性能的影响添加1．OIruIlSi3N4结合sic于A1203．siC．C质浇注料中对浇注料加水量的影响如图1所示。从中可以看出，随着1．Ommsi3N4结合sic加入量的增加，浇注料的加水量逐渐增加，这是因为1一删i3N4结合siC含有部分si3N从而导致了加水量的增加，但加水量的增幅较小，因为1-0nlnl中含细粉si3N。结合sic较少，另外，si3N4结合siC中所含Si3N4的量只有22％左右，因此对浇注料的影响较小。由于加水量增加，对浇注料的物理性能也产生了影响。经110℃×24h烘干后，浇注料的体积密度下降，显气孔率升高，如图2，3所示，这是由于加水量增加，浇注料在

6、烘干时脱水所造成。由于加水量增幅较小，体积密度和显气孔率的变化也较小。经1000℃×3h和1450℃×3h处理后，体积密度进一步下降，显气孔率又明显升高，这可能主要是因为球状沥青在高温下裂解碳化造成失重，同时在空气中烧成，部分碳氧化的结果。但同时也应该看到经1000℃×3h和1450℃×3h处理后，不同1．ommsi3N4结合sic含量试样的体积密度和显气孔率变化不大，这是由于浇注料中的碳化硅和氮化硅在高温下空气中发生了氧化反应形成了Si02，与浇注料中其他组分发生反应并烧结而在浇注料表面形成了致密的保护层，阻止了进一步氧化。在浇注料中加入l_0nuIlSi3N。结合SiC也对材料的常温耐

7、压强度、抗折强度和高温抗折强度产生影响(如图4、5和表2)。从中可以看出，随着1一Ommsi3N4结合siC的加入量增加，110℃×24h烘干后试样的抗折强度、耐压强度呈下降趋势，这主要由于1．o衄si3N4结合sic加入量增加，浇注料的加水量随着增加，导致浇注料中气孔增多。即使如此，在浇注料中加入9％1．OmmSi3N4结合siC，其仍保持较高的常温强度。这是由于在A1203．SiCC质铁沟浇注料中加有3％的水泥及部分