试验以电熔白刚玉（粒度为5~3、3~1、≤1、≤0.mm）为主要原料，≤0.mm的金属铬为添加剂，结合剂为硫酸镁。主要原料的化学组成如表1所示。
表1主要原料化学组成
将上述原料按表2所示配比称量，混合8~10min后，以MPa的压力压制成φ50mm×50mm的圆柱试样和在φ50mm×50mm的圆柱试样中钻取内孔φ20mm×30mm的坩埚试样。将成型坯体于℃干燥12h，然后置于电阻炉中经、、和℃保温2h烧制。表2试样配方
1.2性能检测按照GB/T—测量烧后试样的永久线变化率；按照GB/T—检测烧后试样的显气孔率和体积密度；按照GB/T—测定烧后试样的常温耐压强度。将经过℃热处理后试样于0℃保温1h后取出，在室温下冷却30min，然后再放入炉内加热至0℃。如此反复5次后，测量试样的残余耐压强度，以耐压强度保持率表征抗热震性能。
向℃干燥后的坩埚试样中加入14g炉渣（化学组成（w）：SiO%、CaO40%、Al2O%、Fe2O%），然后将坩埚置于电阻炉中于℃保温2h进行渣侵试验。渣侵试验后，将坩埚沿轴向对称切开，测量渣侵深度。利用X射线衍射仪分析℃热处理试样的物相组成，利用附有能谱仪的扫描电子显微镜观察和分析℃热处理试样的显微结构及元素组成。
2结果与讨论2.1金属铬添加量对试样常温性能的影响图1示出了金属铬不同添加量试样经不同温度处理后的体积密度和显气孔率。
图1金属铬不同添加量试样经不同温度处理后的体积密度和显气孔率
由图可见，在相同烧成温度下，随着金属铬添加量的增加，试样的体积密度先升高后降低；显气孔率先降低后升高。当金属铬添加量（w）为3%时，试样C2的体积密度达到最大，显气孔率最低。但进一步增加金属铬添加量时，试样C3的体积密度开始降低，显气孔率则增加。随烧成温度逐渐升高，试样的体积密度逐渐增大，显气孔率逐渐减小，在℃时体积密度达到最大，显气孔率达到最小，试样最致密。图2示出了金属铬不同加入量试样经不同温度处理后的线变化率。可以看出：当烧成温度相同时，随着金属铬添加量的增加，试样的线膨胀率在逐渐增大。随着烧成温度的提高，有利于增加试样的反应程度。由于加入试样中的金属铬在空气中氧化生成Cr2O3，A12O3与Cr2O3具有相同晶体结构，可形成无限固溶体，固溶体的密度相对反应物较小，致使试样产生体积膨胀，会引起体积密度降低。图2金属铬不同加入量试样经不同温度处理后的线变化率
图3示出了金属铬不同添加量试样经不同温度处理后的常温耐压强度。由图可知，当烧成温度相同时，随着金属铬添加量的增加，试样的常温耐压强度先增大后减小并在添加量（w）为3%时达到最大。随着烧成温度的升高，试样常温耐压强度总体上呈增大的趋势。随烧成温度与金属铬添加量的升高，铝铬固溶反应程度越大，从而使颗粒与基质之间的结合增强，提高了试样的耐压强度。添加金属铬可以使试样在较低温度下获得较高强度。例如，当加热温度为℃时，未添加金属铬试样的耐压强度为19.73MPa，而添加了3%（w）金属铬的试样C2为42.70MPa，提高了2.16倍。图3金属铬不同加入量试样经不同温度处理后的常温耐压强度
2.2金属铬添加量对试样抗热震性能的影响图4示出了金属铬添加量对℃热处理试样抗热震性能的影响。由图可知，未添加金属铬时，试样C0强度保持率为83.2%。随着金属铬添加量的增加，试样的强度保持率增加。当金属铬添加量（w）为3%时，试样C2的强度保持率最大，达到95.1%。进一步增加金属铬添加量，试样C3的强度保持率开始下降。
图4金属铬添加量对℃热处理试样抗热震性的影响
2.3金属铬添加量对试样抗渣侵性能的影响图5示出了℃干燥的坩埚试样经℃保温2h渣侵试验后的切面照片。由图可见，未添加金属铬的试样C0内壁空隙多且孔径大，而添加金属铬的试样孔隙较少。
图5℃干燥的坩埚试样经℃保温2h渣侵试验后的切面照片
图6示出了金属铬添加量对坩埚试样经℃保温2h后渣侵深度的影响。由图可知，随着金属铬添加量的增加，炉渣向试样内部侵蚀的深度明显减少，表明试样的抗渣侵性能显著提高。未添加金属铬的试样C0的渗透深度为6.4mm，而添加3%（w）的试样C2的渗透深度减少至4.1mm。图6金属铬添加量对坩埚试样经℃保温2h后渣侵深度的影响
2.4金属铬在刚玉质耐火材料中的作用机制由以上试验结果可见，添加适量的金属铬可以显著改善刚玉质耐火材料的力学性能、抗热震性和抗渣侵性能。而这些性能的改善与金属铬在试样内的化学反应和微观组织结构变化有密切联系。
金属铬的熔点为℃，在刚玉质耐火材料制备和使用过程中为固相。但与刚玉相比，金属铬具有良好的塑性，有利于在成型过程中填充刚玉颗粒间的空隙，提高试样的生坯密度。
金属铬在空气气氛下高于℃时会发生氧化反应生成Cr2O3。试样内由部分金属铬氧化所产生的适量体积膨胀有利于试样的致密化烧结。但是，当烧成温度为℃和金属铬添加量（w）达到5%时，试样线膨胀率为1.12%，体积膨胀过多，体积密度开始下降，气孔增多。由金属铬氧化生成的Cr2O3与周围的A12O3相互扩散，发生反应形成的固溶体加强了试样基质与基质以及基质与颗粒之间的连接，减少了颗粒间的空隙，提高了试样的强度，同时也抑制了熔渣向试样内部的渗透。
3结论（1）在刚玉质耐火材料中添加金属铬有利于提高刚玉质耐火材料的常温力学和高温使用性能。随着金属铬添加量的增加，体积密度、常温耐压强度、抗热震性能以及抗渣侵性能均得到显著提高。当金属铬添加量（w）为3%时效果最佳。（2）金属铬具有良好的塑性，铬部分氧化引起的体积膨胀以及铬氧化物与A12O3反应形成的固溶体是刚玉质耐火材料性能提高的主要因素。预览时标签不可点收录于合集#个上一篇下一篇