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一组实验可知硼酸在石英砂捣打料中的重要作用

添加时间:2024年1月5日  浏览次数:

不同的耐火材料适用于冶炼不同的金属或合金。目前,中频感应炉广泛应用于冶金、铸造行业,感应炉使用过程中,炉料撞击、摩擦,电磁搅拌会加剧炉衬的侵蚀影响,其造成使用寿命降低的因素有:(1)作业条件;(2)筑炉和烘炉工艺;(3)耐火原料的合理性。

石英砂耐火捣打料,因其性价比高并具有良好的热震稳定性、机械强度及抗酸性渣侵蚀性能,广泛应用于熔化铸铁及铸铁合金的生产中。但是石英矿种类较多,其杂质含量和结晶度等重 要性能指标各不相同,导致石英质耐火材料在中频炉上的使用寿命相差较大。从理论上讲,杂质含量低、结晶度大的石英具有较高的机械强度和优良的热震稳定性,特别适合作为大容量中频炉的炉衬材料,但这种石英的烧结性能较差,又会影响炉衬的使用寿命。

以优质大晶粒石英砂为主要原料,辅以结合剂和促烧剂制作石英质捣打料,在制作过程中需要添加重要的结合剂,硼酸作为促烧结结合剂,在炉衬烧结过程中硼酸脱水转化为氧化硼,高温时氧化硼即起到高温粘结剂作用,又能促进工作成的烧结。另外石英质捣打料在高温使用过程中,石英会与硼酸B2O3反应生成鳞石英和方石英,氧化硼可以降低石英的合成与烧结温度,而对材料性能不产生明显的危害,所以硼酸是石英质捣打料的重要原料。


我们在做一组实验可知硼酸在石英捣打料中的重要作用,主要原料为石英砂,其临界颗粒为 5mm,不同颗粒级配按最大堆积密度进行,同时添加硼酸作为促烧结剂,然后做成试块在炉内从25℃升至1500℃时,观察石英总失重约为3.0;从25℃升至 1000℃时,石英失重约为2.2,这部分损失主要源自于自由水和结晶水的蒸发;由于自由水的蒸发,在80℃时出现一吸热峰;由于β一石英向α一石英的转变,在580℃时有一吸热峰;由于α一磷石英向α一方石英的转变,在1250℃时出现一较大吸热峰。其他晶型转变的热效应也有,但不是很明显,说明其相变较为容易发生。

捣打料烧结后的线变化率随着促烧剂硼酸含量的增加,1100℃烧结捣打料的变化率总体呈 现增大趋势,1600℃烧结捣打料的线变化率先增大后减小。值得注意的是,1100 C烧结捣打料的线变化率为负值,原因是促烧剂硼酸在此温度下开始形成液相,导致试样收缩;而1600℃烧结捣打料的线变化率为正值,试样膨胀,其原因是石英在高温下存在低温相向高温相的转 变,并伴随着体积膨胀,此相变不可逆,温度降低后体积膨胀仍然存在。

促烧剂硼酸含量对捣打料耐压强度的影响,随着硼酸含量的增加,捣打料耐压强度呈明显增大趋势。由B2O3SiO2相图可知,加入硼酸后,440℃左右时捣打料中出现液相,从而促进烧结,提高捣打料强度;随着温度的升高,液相量增加,捣打料强度势必增大。但由于石英在高温下存在相变,相变伴随的体积膨胀会部分抵消硼酸的促烧效应,使得硼酸含量对 1600℃烧结捣打料强度的影响程度较小。硼酸主要是提高捣打料的中温烧结强度,而高温烧结时促烧剂能起的作用相对较小,此时主要还是依赖于石英。

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