Процедура эксперимента
Используйте таблетчатый корунд, плавленый корунд, спеченную алюминиево-магниевую шпинель, плавленую магнезию, микропорошок -Al2O3, микропорошок кремнезема и цемент из чистого алюмината кальция и т. Д. Сушка при 110 градусах, обжиг при 1000 градусов × 3 часа и 1500 градусов × 3 часа.
Определить кажущуюся пористость, объемную плотность, прочность на сжатие, прочность на изгиб, скорость линейного изменения и термическую прочность на изгиб 1400 градусов × 1 ч образца после обработки при различных температурах в соответствии с ГБ; испытать скорость линейного изменения образца под нагрузкой, давление 0,196 МПа, скорость нагрева 10 град/мин, максимальная температура 1500 град, температура выдерживается 3 часа; в эксперименте по стойкости шлака используется метод тигля, и конечный шлак конвертера (wCaO36,84%, wSiO214,77%, wAl2O328,17%, wFeO7,95%, wMnO4,58%) 150 г помещают в тигель, и после обработки в стержневой электропечи MoSi2 при 1650 град. × 3 ч его разрезали по центральной плоскости тигля для измерения коррозии и глубины проплавления тигля шлаком; химический анализ, оптический микроскоп, рентгеноструктурный анализ. Образцы после шлаковой коррозии анализируют с помощью электронных зондов.
Результаты и анализ
3.1 Свойства и основные влияющие факторы высокочистых алюминиево-магниевых отливок
На основе алюминиево-магниевых отливок разрабатываются высокочистые алюминиево-магниевые отливки. Цель состоит в том, чтобы улучшить коррозионную стойкость и высокотемпературные характеристики алюминиевых отливок, а также улучшить их сопротивление проницаемости и термостойкость. Его точка дозирования приходится на алюминиевую сторону бинарной фазовой диаграммы MgO-Al2O3.
Основной компонент литейного Al2O3 реагирует с MgO с образованием шпинели при высокой температуре, что сопровождается объемным расширением примерно на 7 процентов. Чтобы подавить повреждение от выкрашивания, вызванное этим напряжением расширения, было экспериментально изучено влияние двух различных сырьевых материалов, плавленого оксида магния и магнезиально-глиноземной шпинели, на шлакостойкость материала. Результаты показывают, что при добавлении определенного количества магнезии отливка смазывается небольшим количеством жидкой фазы, особенно когда она используется, она подвергается гидростатическому давлению расплавленной стали, реакционное спекание ускоряется, и рыхлое тело расширения шпинели способствует тому, чтобы быть более уплотненным. Магнезия может заставить литейный материал по-прежнему демонстрировать микрорасширение при высокой температуре, сохранять целостность, а также способствует снижению потерь от коррозии. Однако чем грубее критический размер частиц магнезии или добавление более 4С, тем больше расширение, ухудшение структуры, углубление проникновения шлака и тенденция к увеличению коррозионных потерь.
Внедрение предварительно синтетической шпинели для замены плавленой магнезии, исследование показало, что чем больше теоретическое содержание шпинели, тем лучше коррозионная стойкость литого металла, а глубина проникновения шлака является наименьшей, когда содержание шпинели составляет от 10 до 30 процентов, содержание шпинели составляет от 10 до 30 процентов. Когда содержание превышает 50 процентов, оно показывает тенденцию к увеличению с увеличением содержания шпинели. Размер частиц шпинели с равномерным распределением тонкого порошка является наиболее эффективным для блокирования структурного выкрашивания, вызванного инфильтрацией шлака. Исследование показало, что шпинельный компонент играет решающую роль в стойкости к шлаку самого шпинелевого клинкера и литья, смешанного с корундом, а идеальное содержание MgO в шпинели составляет от 3 до 5 процентов. Микропорошок диоксида кремния также эффективно ингибирует образование напряжения расширения шпинели. Исследования показали, что при низкой температуре микропорошок кремния и порошок MgO образуют вещество МСГ, которое может предотвратить гидратацию периклаза, улучшить текучесть отливок и увеличить плотность отливок. Однако поглощают напряжение высокотемпературного расширения, количество добавляемого микропорошка кремния увеличивается, образование жидкой фазы увеличивается при высокой температуре, а сопротивление ползучести при высоких температурах снижается. Как показано на рисунке 2, материал склонен к чрезмерному спеканию и растрескиванию под давлением расплавленной стали. увеличиваются, трещины расширяются, а выкрашивание углубляется. Как правило, используется композиционное вяжущее из цемента и микрокремнезема.
Соответствующее количество гидрата цемента с высоким содержанием глинозема обезвоживается с образованием серии высокоактивных веществ CA, которые легко вступают в химическую реакцию с добавленным порошком Al2O3 при температуре около 1000°С.
В заключение следует отметить, что как алюминиево-шпинельные, так и алюминиево-магниевые литьевые изделия обладают хорошей однородностью микроструктуры, сопротивлением ползучести при высоких температурах, термостойкостью и устойчивостью к эрозии и проникновению шлака. Основное различие между ними заключается в том, что в первом используется предварительно синтезированная шпинель, которая имеет низкую прочность после обжига при разных температурах, высокую прочность на изгиб при высоких температурах, хорошую объемную стабильность и небольшую скорость линейного изменения; последний реагирует с образованием шпинели при использовании при высокой температуре и отличается высокой прочностью после обжига при высокой температуре, сильным сопротивлением ползучести при высокой температуре, компактностью и большой скоростью линейного изменения.
3.2 Повреждение алюминиево-магниевых отливок высокой чистоты
Литейный алюминиево-шпинельный и алюминиево-магниевый литье представляют собой по существу одну и ту же систему при высокой температуре, а основными кристаллическими фазами являются корунд и богатая алюминием шпинель. Факторы, влияющие на шлакостойкость литейных изделий, очень сложны, такие как марка стали, состав шлака, условия плавки и т. д., но они в основном контролируются минеральным составом и микроструктурой литейных изделий. FeO и MnO богатого алюминием шпинельного улавливающего шлака сначала занимают катионные дырки и замещают часть MgO с образованием сложного твердого раствора шпинели с типичным составом Mg0.70Mn 0.08Fe0.21Al2.00O4. Электронно-зондовый анализ показывает, что в одной и той же области растворимость Fe и Mn в твердой фазе в шпинели частиц примерно одинакова, тогда как содержание элементов Fe и Mn в крае более крупных частиц шпинели значительно выше, чем в внутри частиц. Анализ также показывает, что период решетки шпинели постепенно уменьшается со стороны рабочей грани внутрь, что согласуется с изменением содержания Fe2O3 в каждом слое. По прочности ближе к шпинели исходного слоя.
Корунд поглощает CaO в шлаке с образованием минералов алюмината кальция и затвердевает. Наблюдение под оптическим микроскопом показывает, что на краю частиц корунда в проницаемом слое образца имеется пластинчатый реакционный круг из алюмината кальция, а в матрице присутствует большое количество игольчатых минералов СА6. SiO2 способствует CA6 Когда кристалл растет, поры становятся более мелкими, образуя более плотный барьерный слой, а остаточный шлак богат SiO2 и становится вязким и трудным для проникновения.
В отличие от алюминиево-шпинельного литья, хотя алюминиево-магниевое литье образует более жидкие фазы при высокой температуре, шпинель, вновь образованная реакцией MgO и Al2O3, имеет мелкие зерна, много дефектов и малые постоянные решетки. Шпинель более тонко измельчена, что способствует твердому растворению Al2O3 в шпинели, образуя богатую алюминием шпинель с большей концентрацией дефектов решетки, а также более плотную литейную. Следовательно, шлакостойкость, особенно стойкость к проникновению шлака, лучше. Наблюдение под микроскопом показывает, что составные зерна шпинели в измененном слое образца полностью развиты и имеют идиоморфную форму, размер зерен около 15-40 мм, а некоторые достигают 120 мм. Твердая растворимость FeO и MnO в шпинели сильно увеличивается. Состав Mg0.68Mn0.17Fe0,47Al1,79O4.
В заключение
(1) Разумный выбор смешиваемого количества шпинели, магнезии, микропорошка кремнезема и цемента, а также контроль идеальной микроструктуры необходимы для получения алюминиево-магниевых литейных изделий высокой чистоты со стабильными характеристиками.
(2) Хотя разработанные высокочистые алюминиево-магниевые отливки обладают различными свойствами, все они обладают хорошей однородностью микроструктуры, сопротивлением ползучести при высоких температурах, устойчивостью к тепловому удару, эрозией шлака и сопротивлением проникновению.
(3) Противошлаковый механизм высокочистых алюминиево-магниевых отливок: шпинель захватывает FeO и MnO в шлаке, чтобы занять его катионные пустоты, заменяет MgO с образованием композитной шпинели, корунд поглощает CaO с образованием CA2, CA6, SiO6 способствует кристаллизации CA6. зерна растут, образуя более плотный барьерный слой, а остаточный шлак богат SiO2 и уплотняется, тем самым повышая сопротивление проникновению шлака и эрозии. Благодаря реакции MgO и Al2O3 вновь образованная шпинель в алюминиево-магниевом литье имеет мелкие зерна и множество дефектов. Алюминиевая шпинель, следовательно, ее шлакостойкость выше, чем у алюминиево-шпинельных отливок.
