促燒劑對石英質(zhì)連鑄燒結(jié)沉淀料性能的影響

該傳感器具有高效、節(jié)能、低污染、易調(diào)整、易監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于鑄造、精煉、金屬精煉和精確件裝配的應(yīng)用。近年來,由于節(jié)能降耗的需要,小容量的高爐和轉(zhuǎn)爐逐漸淘汰,而低能耗的感應(yīng)爐熔煉發(fā)展迅速,并向大容量、高功率方向發(fā)展,導(dǎo)致其爐襯耐火材料的工作條件日益苛刻,對耐火材料性能提出了更高要求。石英質(zhì)耐火材料價格便宜,并具有良好的熱震穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度及抗酸性渣侵蝕性能,廣泛應(yīng)用于熔化鑄鐵及鑄鐵合金的生產(chǎn)中。但是石英礦種類較多,其雜質(zhì)含量和結(jié)晶度等重要性能指標(biāo)各不相同,導(dǎo)致石英質(zhì)耐火材料在中頻爐上的使用壽命相差較大。從理論上講,雜質(zhì)含量低、結(jié)晶度大的石英具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性,特別適合作為大容量中頻爐的爐襯材料,但這種石英的燒結(jié)性能較差,又會影響爐襯的使用壽命。本文以優(yōu)質(zhì)大晶粒石英砂為主要原料,輔以結(jié)合劑和促燒劑制作石英質(zhì)搗打料,觀察石英砂的晶粒尺寸,采用TG-DSC分析其晶型轉(zhuǎn)變吸放熱現(xiàn)象,并研究搗打料燒結(jié)后的體積密度、顯氣孔率、線變化率以及耐壓強(qiáng)度等性能指標(biāo),以期為延長大容量感應(yīng)爐的爐襯壽命提供依據(jù)。1石英砂粒度的檢測主要原料為石英砂,其臨界顆粒為5mm,不同顆粒級配按最大堆積密度進(jìn)行,同時添加硼酸作為促燒劑,并添加適量的結(jié)合劑,實驗配方如表1所示。通過光學(xué)顯微鏡觀察石英砂的晶粒度,并對其進(jìn)行TG-DSC分析。然后將原料倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中攪拌5min左右,混勻后分多次加入模具中,用小鐵錘搗打至與模具口處持平。兩次投料之間,用除氣叉將搗固后的爐料劃毛,以防止?fàn)t料分層。將搗打料在1100℃×3h的條件下預(yù)燒成型后,一部分進(jìn)行線變化率、顯氣孔率、體積密度及耐壓強(qiáng)度的測試,另一部分經(jīng)過1600℃×3h燒結(jié)后再進(jìn)行上述性能測試。2結(jié)果與討論2.1晶粒尺寸和tg-dsc分析圖1為石英的光學(xué)顯微照片。由圖1可見,石英晶粒大小分布較為均勻,尺寸為200～700μm。進(jìn)一步對晶粒大小進(jìn)行定量分析得出,尺寸大于500μm的石英晶粒占71.43%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),介于200～500μm的晶粒占28.57%,平均晶粒尺寸為550μm。石英的TG-DSC曲線如圖2所示。由圖2可見,從25℃升至1500℃時,石英總失重約為3.0%;從25℃升至1000℃時,石英失重約為2.2%,這部分損失主要源自于自由水和結(jié)晶水的蒸發(fā);由于自由水的蒸發(fā),在80℃時出現(xiàn)一吸熱峰;由于β-石英向α-石英的轉(zhuǎn)變,在580℃時有一吸熱峰;由于α-磷石英向α-方石英的轉(zhuǎn)變,在1250℃時出現(xiàn)一較大吸熱峰。其他晶型轉(zhuǎn)變的熱效應(yīng)在圖2中也有所反映,但不是很明顯,說明其相變較為容易發(fā)生。2.2促燒劑的含量搗打料燒結(jié)后的線變化率如圖3所示。從圖3中可以看出,隨著促燒劑含量的增加,1100℃燒結(jié)搗打料的線變化率總體呈現(xiàn)增大趨勢,1600℃燒結(jié)搗打料的線變化率先增大后減小。值得注意的是,1100℃燒結(jié)搗打料的線變化率為負(fù)值,原因是促燒劑在此溫度下開始形成液相,導(dǎo)致試樣收縮;而1600℃燒結(jié)搗打料的線變化率為正值,試樣膨脹,其原因是石英在高溫下存在低溫相向高溫相的轉(zhuǎn)變,并伴隨著體積膨脹,此相變不可逆,溫度降低后體積膨脹仍然存在。搗打料燒結(jié)后的顯氣孔率和體積密度如圖4所示。從圖4中可以看出,隨著促燒劑含量的增加,1100℃和1600℃燒結(jié)搗打料的顯氣孔率總體呈降低趨勢,體積密度則變化不大。值得注意的是,當(dāng)促燒劑含量相同時,1100℃燒結(jié)試樣的顯氣孔率比1600℃燒結(jié)試樣的低,而其體積密度則比1600℃燒結(jié)試樣的大,表明燒結(jié)溫度升高后,石英搗打料繼續(xù)產(chǎn)生體積膨脹,導(dǎo)致氣孔率增加。促燒劑含量對搗打料耐壓強(qiáng)度的影響如圖5所示。從圖5中可以看出,隨著促燒劑含量的增加,搗打料耐壓強(qiáng)度呈明顯增大趨勢。由B2O3-SiO2相圖可知,加入硼酸后,440℃左右時搗打料中出現(xiàn)液相,從而促進(jìn)燒結(jié),提高搗打料強(qiáng)度;隨著溫度的升高,液相量增加,搗打料強(qiáng)度勢必增大。但由于石英在高溫下存在相變,相變伴隨的體積膨脹會部分抵消硼酸的促燒效應(yīng),使得促燒劑含量對1600℃燒結(jié)搗打料強(qiáng)度的影響程度較小。結(jié)合圖3～圖5可知,促燒劑主要是提高搗打料的中溫?zé)Y(jié)強(qiáng)度,而高溫?zé)Y(jié)時促燒劑能起的作用相對較小,此時主要還是依賴于石英粉體之間的燒結(jié)行為。3結(jié)論(1)石英晶體的平均尺寸為550mμm,石英中α-磷石英向α-方石英的相變溫度約為1250℃。(2)顯氣孔率下降趨勢℃燒結(jié)搗打料的線變化率總體呈增大趨勢,顯氣孔率總體呈降低趨勢;1600℃燒結(jié)搗打料的線