矾土基喷涂料具有氧化铝含量高, 耐火度高, 强度高和耐磨性好等优良性能, 主要用于工业窑炉的衬里。其中用量最多的为冶金工业, 钢铁冶金工业的高炉、热风炉、加热炉、均热炉, 以及有色金属工业的回转窑、沸腾炉、熔铝炉和有色金属加热炉等热工设备。为进一步改善矾土基喷涂料的性能, 本工作在已有研究的基础上, 研究了在矾土基喷涂料中添加不同含量的分析纯Cr2O3对材料性能的影响, 以适应不断苛刻的应用条件。 本实验的主要原料为铝矾土、板状刚玉、叶腊石、蓝晶石、硅微粉和铝酸钙水泥。所用原料的主要化学组成见表1。
矾土基喷涂料的配方如表2所示。按照表2配方组成进行配料。具体是将骨料及粉料加入搅拌罐中, 搅拌均匀后再加入水搅拌3min, 然后制备成160mm×40mm×40mm的试样。试样经110℃烘干后分别于1000℃、1 300℃和1 500℃保温3h煅烧, 分别测试经过不同热处理温度后试样的体积密度、、线变化率、抗折强度和耐压强度。制备直径20mm×100mm的试样, 用于测试材料的热膨胀系数。制备114mm×114mm×25mm的试样,用于测试材料的耐磨性。制备160mm×40mm×40mm的试样, 经110℃烘干再经1 300℃保温3h煅烧, 用于测试材料的抗热震性。
采用YB/T5200-1993致密耐火浇注料显气孔率和体积密度试验方法, YB/T5203-1993致密耐火浇注料线变化率试验方法, YB/T5201-1993致密耐火浇注料常温抗折强度和耐压强度试验方法, 分别检测烧成后试样体积密度、线性变化率、抗折强度和耐压强度。采用GB/T 7320.1—2000耐火材料热膨胀试验方法———顶杆法检测试样的热膨胀系数。采用GB/T18301—2001耐火材料常温耐磨性试验方法检测试样的常温耐磨性。用游标卡尺测定试样的收缩量, 并通过计算求得它的线性变化率及体积密度。 用日本产CT-1000型抗折实验机测试试样的抗折强度。用日本产MS-20-S1型耐压试验机测试试样的耐压强度。用RPZ-03型高温热膨胀仪测试试样的热膨胀系数。用NM-2型耐磨试验机测试试样的常温耐磨性。用RZ-2A型高温热震稳定性试验炉测试试样的抗热震性。 实验工艺:将电炉升温到1 100℃±10℃保温30min, 然后将试样迅速放入电炉中, 在1 100℃保温15min, 使试样从表面到内部受热均匀后, 将试样取出, 置于室温循环水中快冷。试样在水中冷却3min后立即取出, 在空气中自然冷却至室温, 重复5次, 测量试样残余强度并计算抗折强度保持率。 试样在烘干后和烧结后的物理性能如表3所示。由表3可以看出: (1) 含有不同添加量Cr2O3的试样经过110℃烘干, 以及经过1 000℃、1 300℃和1 500℃热处理后, 体积密度呈现先减小后增大的变化规律。3组试样经过110℃烘干和1 000℃热处理后, 试样的体积密度随着Cr2O3添加量的增加而减小;经过1 300℃热处理后, 3组试样的体积密度相差不大;经过1 500℃热处理后, 试样的体积密度随着Cr2O3添加量的增加而增大。(2) 含有不同添加量Cr2O3的试样经过110℃烘干后, 3组试样的线收缩率相差不大;经过1 000℃和1 300℃热处理后, 试样C1和C2的线收缩率要小于C0的线收缩率;而经过1 500℃热处理后, 试样C1和C2的线收缩率要大于C0的线收缩率。同时, 试样经过110℃烘干, 以及经过1 000℃、1 300℃和1 500℃热处理后, 含有Cr2O3的两组试样C1和C2之间的线收缩率相差不明显。(3) 含有不同添加量Cr2O3的试样经过110℃烘干, 以及经过1 000℃、1 300℃和1 500℃热处理后, 抗折强度和耐压强度呈现先减小后增大的变化规律。试样经过110℃烘干, 以及经过1 000℃和1 300℃热处理后, 添加Cr2O3试样的抗折强度和耐压强度均小于未添加Cr2O3试样的抗折强度和耐压强度。 而经过1 500℃热处理后, 添加Cr2O3试样的抗折强度和耐压强度大于未添加Cr2O3试样的抗折强度和耐压强度。
2.2 Cr2O3添加量对试样耐磨性能的影响
图1示出了含有不同添加量Cr2O3的试样经过1000℃和1 300℃热处理后的磨损量。由图1可以看出, 经过1 000℃热处理后未添加Cr2O3的试样C0的磨损量小于添加Cr2O3的试样C1和C2;而经过1 300℃热处理后, C1试样的磨损量大于C0试样的磨损量, C2试样的磨损量也未明显小于C0试样的磨损量。由此可以得出, 在矾土基喷涂料中添加Cr2O3不能提高材料的耐磨性能。
2.3 Cr2O3添加量对试样热膨胀系数的影响
图2示出了含有不同添加量Cr2O3试样的热膨胀系数与热处理温度的关系曲线。由图2可以看出, 添加Cr2O3试样C1和C2两组试样的热膨胀系数要略大于未添加Cr2O3试样C0的热膨胀系数, 并且添加Cr2O3的两组试样之间的热膨胀系数相差不明显。因此可以得出, 在矾土基喷涂料中添加Cr2O3后会增大材料的热膨胀系数。
此外, 3组试样均表现出相同的变化规律, 即在200~450℃时, 热膨胀系数随着热处理温度的提高而减小;在450~900℃时, 热膨胀系数随着热处理温度的提高而增大;在900~1 100℃, 热膨胀系数随着热处理温度的提高而减小;在1 100~1 300℃时, 热膨胀系数随着热处理温度的提高趋于平缓;在1 300~1 400℃时, 热膨胀系数随着热处理温度的提高而减小。
2.4 Cr2O3添加量对试样抗热震性能的影响
图3、图4分别为Cr2O3添加量与热震后抗折强度、Cr2O3添加量与抗折强度保持率的关系曲线。从图3、图4中可以看出, C1试样的热震后强度和强度保持率均最大, 其抗热震性相对最好。但过多的添加Cr2O3则不利于试样抗热震性能的提高。由此可知, 添加适量的Cr2O3可提高试样的抗热震性能。
1) 在矾土基喷涂料中添加Cr2O3不利于提高材料的低温和中温强度, 但有利于提高材料的高温强度。
2) 在矾土基喷涂料中添加Cr2O3不能提高材料的耐磨性能。 3) 试样中添加Cr2O3后增大了试样的热膨胀系数。 4) 添加适量的Cr2O3可提高试样的抗热震性能, 但过量的添加Cr2O3会对试样的抗热震性产生负面的影响。
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