高炉陶瓷杯用耐火材料所承受的侵蚀主要有:化学侵蚀和热引力侵蚀。在化学侵蚀中,又可以细分为:渣侵蚀、碱侵蚀、一氧化碳侵蚀等。由于陶瓷杯用耐火材料的特殊使用环境,所以对其抗铁、抗渣性的研究至关重要。
1.试验。
试验原料:棕刚玉、氮化硅、金属硅、苏州黏土等。将各种原料按化学计量比配料,加入适量结合剂混合,在100MPa的压力下成型,按试样砖规格(230×115×65mm)标准做6块,试样在高温电炉中烧成,试样烧后检测其常规性能如表所示。
试验采用静态坩埚法,先从砖上切取(100×100×65mm)试样各两块,并在样块中央钻出Ф40×40mm盲孔(坩埚),一个坩埚装70g的生铁,另一个坩埚装70g的高炉渣,用相应原砖盖好密封,用(110℃×24h)烘干箱烘干。将烘好的坩埚在电炉中(1500℃×3h)处理。处理后的坩埚沿最大直径口切开,观察抗铁、抗渣侵蚀情况,同时在扫描电镜下观察其显微结构。
2.分析。
①侵蚀试样的外观分析。下图是试样被高炉渣侵蚀后的剖面照片,从试样被侵蚀后的剖面外观可以看到,试样有一定的侵蚀,而且坩埚内存有大量的渣。这说明试样的抗渣渗透性较好。这是因为在还原气氛下,氮化硅没有被氧化,氮化硅与渣在高温下的润湿角为110°~130°,要远大于刚玉耐火材料与熔渣的润湿角,这样使得渣不易渗入材料的气孔中,从而提高了材料的抗渗透能力。适量的氮化硅与刚玉结合,可使其抗渣性达到更好效果,从下图可以看出,试样C2的抗渣效果优于试样C3。
②显微结构分析。利用扫描电镜对渣侵蚀后试样、渣层、渗透层进行微观分析,由渣侵蚀后试样的显微结构可见:试样表面有较明显的侵蚀层,局部挂渣,有较薄的渗透层。
从抗高炉渣电镜扫描图中可以看到,原砖层中存在着大量的气孔,而渗透层中没有气孔,这是由于氮化硅和刚玉形成了Sialon固溶体,与其他杂质形成的玻璃相填充了气孔,使材料致密,阻止了炉渣向材料的渗透。同时,由于氮化硅的存在,在基质中的分布呈网状结构,对渣的侵入起到了阻碍的作用,这是抗渗透能力提高的主要原因。
3.结论。
①刚玉—氮化硅复合耐火材料制品具有优良的抗铁水侵蚀性能。
②刚玉—氮化硅复合耐火材料制品具有良好的抗渣渗透性能。这是由于氮化硅和刚玉形成固溶体玻璃相,填充了材料中的气孔,使材料致密,阻碍了炉渣的渗透,氮化硅在基质中以网状形式存在,也对渣的侵蚀起到了阻碍作用。