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耐火材料行業(yè)動(dòng)態(tài)

氮化硅鐵對(duì)鋁碳質(zhì)炮泥性能影響的研究

日期： 2022-01-26 作者： 超級(jí)管理員 熱度：1423 ℃

前言

隨著高爐大型化和冶煉技術(shù)的強(qiáng)化，鐵口受到?jīng)_刷和侵蝕越來(lái)越嚴(yán)重，這對(duì)炮泥提出了更高的要求。一般通過(guò)添加非氧化物如氮化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅和氮化硅鐵等來(lái)提高鋁碳質(zhì)炮泥的性能，這些非氧化物添加劑具有良好的抗熱震性、抗氧化性、耐沖刷性等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)研究了添加Fe-Si3N4對(duì)鋁碳質(zhì)炮泥性能的影響。

實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)用原料
主要采用白剛玉、焦粉為骨料，絹云母、軟質(zhì)粘土和氮化硅鐵(化學(xué)組成見(jiàn)表1)為細(xì)粉，焦油為結(jié)合劑。

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表1  氮化硅鐵的化學(xué)組成
1.2 試樣的制備
按表2進(jìn)行配料，先將90%焦油與粗顆粒白剛玉混合，然后加入中顆粒白剛玉，再加細(xì)粉,最后再加10%的焦油混勻。將混好的原料在80MPa壓力下壓制成40mmx40mmx160mm的素坯，自然養(yǎng)護(hù)24h后脫模,再110℃x24h烘干。

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表2 試樣的配料
1.3 試驗(yàn)方法
將素坯分兩組，一組在1500℃x3h埋碳熱處理,冷卻后，利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)其常溫強(qiáng)度性能,真空泵和裝煤油密封器皿測(cè)顯氣孔率和體密度，游標(biāo)卡尺測(cè)線變化。另一組在1200℃x3h埋碳熱處理,冷卻后，將試樣加工成圮蝸，在此蝸中加入100g高爐渣,再次在1500℃x3h埋碳熱處理,冷卻后將試樣沿縱向剖開(kāi)，利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行宏觀分析及SEM進(jìn)行微觀分析。試驗(yàn)所用爐渣的化學(xué)組成見(jiàn)表3。

表3  爐渣的化學(xué)組成和堿度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

氮化硅鐵在高溫下會(huì)與試樣中的其他組成發(fā)生反應(yīng)，對(duì)試樣的常溫性能產(chǎn)生一定影響。其添加量對(duì)試樣常溫性能影響見(jiàn)表4。

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表4 試樣的性能指標(biāo)
從表4中可以知道，添加了氮化硅鐵的試樣的強(qiáng)度(耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度)均高于未添加的1#試樣，根據(jù)相關(guān)研究，這主要是發(fā)生了以下反應(yīng)：
隨著氮化硅鐵添加量的增加，試樣的氣孔率增加,這是因?yàn)榘l(fā)生了反應(yīng)(2)和反應(yīng)(3),生成的氣體N2和CO在高溫下遷移逸出時(shí)使試樣的氣孔尺寸增加，且隨著氮化硅鐵添加量的增加，生成的氣體量也增加，所以1#~4#試樣的氣孔率呈上升趨勢(shì)。
對(duì)4#試樣的基質(zhì)作X衍射分析如圖1所示。

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圖1 試樣4基質(zhì)的X衍射分析結(jié)果
基質(zhì)中生成了SiC和A1N,且形成了相互交錯(cuò)的組織，強(qiáng)化骨料之間的結(jié)合，從而使試樣的強(qiáng)度提高。2*、3*試樣的強(qiáng)度隨著氮化硅鐵添加量的增加而增大，其主要原因是隨著氮化硅鐵添加量的增加，材料中的鐵元素分布范圍增大，材料的燒結(jié)性更好，并且生成的SiC和A1N量也在增加;但當(dāng)?shù)梃F添加量增加到一定量(15%)后,4#試樣強(qiáng)度開(kāi)始下降，這主要是由于試樣氣孔率過(guò)大,而且過(guò)量鐵元素的存在也使試樣在高溫時(shí)的液相數(shù)量增多，導(dǎo)致試樣強(qiáng)度下降。
2.2 氮化硅鐵對(duì)試樣抗渣侵蝕性能的影響
高爐渣放入試樣制成的坩堝中,在高溫下?tīng)t渣熔化并與試樣中的組分發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生低熔點(diǎn)物質(zhì),造成熔渣與試樣接觸面侵蝕。不同氮化硅鐵含量侵蝕后試樣的剖面如圖2所示。

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圖2 不同氮化硅鐵含量侵蝕后試樣的剖面
由圖2可看出，1#試樣的剖面的內(nèi)側(cè)壁有明顯的侵蝕現(xiàn)象,侵蝕部分呈現(xiàn)疏松狀,2#試樣的侵蝕現(xiàn)象也比較明顯，而3#和4#試樣的侵蝕程度明顯減小，內(nèi)側(cè)壁光滑，與未被侵蝕部分的分界不明顯。所以從表觀上看,隨著氮化硅鐵添加量的增加試樣抗渣侵蝕性能增強(qiáng)。
分別對(duì)試樣進(jìn)行線掃描,渣侵蝕深度是根據(jù)線掃描結(jié)果Ca元素的變化趨勢(shì)來(lái)確定，氮化硅鐵添加量為0~10%時(shí)，渣的侵蝕深度逐漸減小;當(dāng)超過(guò)10%后，渣的侵蝕深度略有增大。Fe-Si3N4加入量與侵蝕深度的關(guān)系如圖3所示。

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圖3  Fe—Si3N4加入量與侵蝕深度的關(guān)系
由圖3可看出，氮化硅鐵可以改善材料的抗渣侵蝕性能,但其增加到一定量后效果不明顯。這是因?yàn)榈梃F中的氮化硅是強(qiáng)共價(jià)鍵化合物，其具有熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性及自潤(rùn)滑性好及耐高溫等特點(diǎn),在高溫下，氮化硅與渣的潤(rùn)濕角為110°-130°遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剛玉耐火材料與渣的潤(rùn)濕角。而且氮化硅鐵在一定溫度與其他組分發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生N2和CO,使得材料內(nèi)部的氣孔中充滿氣體，有效的阻止了熔渣的滲透。但氮化硅鐵的加入量超過(guò)10%時(shí)，由于顯氣孔率的進(jìn)一步上升，致使試樣強(qiáng)度和抗沖刷性能下降，此外，材料中過(guò)多的鐵元素會(huì)導(dǎo)致試樣在高溫時(shí)產(chǎn)生液相，這些因素都使試樣抗侵蝕性能下降;但由于試樣中鐵元素含量相對(duì)較少，故3*和4#試樣的抗渣侵蝕性能相差不大。

結(jié)論

1)添加適宜氮化硅鐵可提高鋁碳質(zhì)炮泥的強(qiáng)度;
2)氮化硅鐵添加劑可提高鋁碳質(zhì)炮泥的氣孔率;
3)添加適量的氮化硅鐵可以顯著提高炮泥抗渣侵蝕性;
4)試樣內(nèi)加入10%的氮化硅鐵即可獲得較好的效果。


TAG標(biāo)簽： 炮泥

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