含碳化硅(SiC)的耐火浇注料是气孔较多的材料,而且还容易产生低熔点结合相。相比之下,含碳化硅的耐火浇注料比碳化硅更容易被熔渣所侵蚀。因此,如何降低低熔相比例,提高抗渣性便成为设计含碳化硅耐火浇注料的重要课题。以下由耐火材料厂家整理的,Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料中碳化硅原料在其中的作用和影响。
碳化硅同氧化物熔渣的接触角大于90°时,不会被氧化物熔渣所润湿,因而能够防止熔渣浸透,同时也能抑制同熔渣的反应。由于碳化硅的热导率较高,故可提高材料的抗热震性;由于化学反应产生SiO2保护层,故可防止C氧化,提高材料的耐蚀性,所以碳化硅被确立为Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料中的重要组分之一。
随着Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料中碳化硅含量的增加材料抗侵蚀性呈增强的趋势,最佳加入量为35%碳化硅。但在碳化硅加入量超过20%以后,材料抗侵蚀性的差异并不明显。Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料的抗渣侵蚀性以15%碳化硅为最佳。由于回转抗渣试验更能反映实际情况.因而认为当Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料中碳化硅含量为15%~18%时即可获得最佳的抗渣性。
当然,熔渣中各成分的相对含量对Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料的抗渣性也有影响。碳化硅在高温下会被氧化铁所侵蚀,然而出铁沟料的使用温度一般低于1350℃,所以它仍能与含氧化铁熔渣的使用条件相适应。
虽然Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料具有很高的抵抗高炉渣侵蚀的能力,但抵抗铁水侵蚀的能力却较低。因为碳化硅较容易被铁水润湿,而且容易同铁水反应。在碳化硅同铁水反应过程中,随着碳化硅反应分解为Si和C,碳化硅更容易溶解到铁水中。不过,它也受到铁水中Si和铁水流动情况的制约。
通常,由于铁水中都含有较高的C,所以铁水分解碳化硅的反应便会受到抑制。
尽管如此,用于出铁沟铁线部位的Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料中,碳化硅的含量仍应受到限制,通常限定其用量(质量分数)在10%~15%之间。
在高炉渣铁沟用Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料内衬中,碳化硅的另一个作用是作为防氧化剂,可在使用过程中防止C的氧化。碳化硅的氧化在很大程度上取决于环境中的氧分压。对于高炉渣铁沟用Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料来说,由于其内部有C共存,当反应达到平衡时,在1000~1400℃范围内的氧分压约为10-17~10-10MPa,所以内衬中绝大部分气体应是CO。
当温度不超过1823K(1550℃)时,碳化硅不稳定,反应转变为SiO2。
使Al2O3(-SiO2)-SiC-C系→Al2O3-SiO2-C系。但如果该系统不是封闭系统,Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料工作衬与外界接触时,氧气分压有可能低于0.1MPa,此时碳化硅即是稳定的。然而,此时气相有可能不全是CO或CO和CO2,可能还有SiO等气相产生,这也会对碳化硅稳定性产生影响。在这种情况下,就应考虑Si成分转移问题。此时碳化硅会进行氧化反应。
在碳化硅颗粒表面上反应生成SiO等气相并析出C。而当温度达到1400℃时,在氧气分压在0.033~0.1MPa的气氛中时,在C存在的情况下,SiO2为稳定的凝聚相,会发生反应生成SiO2并析出C,在渣沟内衬表面形成保护层,增强抗蚀性,提高使用周期。也就是说,碳化硅颗粒将CO还原为C,抑制C的减少,同时还降低了气孔率。此外,SiO等气相扩散到材料表面附近时,又会冷凝为SiO2,使之致密化,或者与渣反应形成保护层,抑制氧气和炉渣的侵入,提高耐用性。
由此可知,碳化硅颗粒在Al2O3(-SiO2)-SiC-C系中通过反应生成SiO气相和CO气相挥发物并使C沉积。说明在含C的Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料中,反而运用了碳化硅在低氧分压下不断进行氧化的特性。在与C共存的低氧分压下,碳化硅极其不稳定(发生气相挥发),并使C析出,起到了对材料修复的作用。为了有效地利用碳化硅颗粒,使之容易发生反应,最好的方法是向配料配入碳化硅细粉。假如配入碳化硅颗粒过多或者颗粒过大,就会在全部碳化硅变为C以至于直接与熔渣接触产生大量的气泡,搅动耐火浇注衬体表面附近的熔渣,反而会使熔渣侵蚀耐火浇注衬体的速度加快。
上述情况告诉我们,在设计Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料时,需要根据使用条件选择最佳的碳化硅颗粒大小及其配入量。
另外,良好的抗侵蚀性和抗浸透性要求碳化硅具有较宽的粒度分布。Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料中碳化硅的粒度分布广的那些材料在实践中的使用性能较佳,这说明碳化硅的粒度选择比纯度更重要。
此外之前日本的研究结果表明,作为高炉出铁沟Al2O3(-SiO2)-SiC-C耐火浇注料,其基质中碳化硅的配入量达70%~90%时,同时添加1%~3%Si和0.5%~3.0%B4C以及1%~3%高软化温度沥青粉,可明显的改善窑炉的使用周期。