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近年来，我国水泥工业向大型化、原料能源多元化、节能减排高效化等趋势发展，对水泥窑用耐火材料提出了更高的要求。耐火材料所承受的热应力、机械应力和化学侵蚀大幅增加，导致水泥窑用耐火衬里的使用周期缩短，耐火材料消耗增加，影响了水泥窑的使用寿命和运转率。 （硅莫砖）
过渡带是窑衬最易损坏的部位，该部位温度较高且温度变化频繁，热应力较大，伴随着碱、硫成分的侵蚀，造成该部位耐火材料损坏加快。采用硅莫砖为过渡带衬砖时，由于挂窑皮困难而难以受到窑皮保护，使衬砖直接受到火焰冲击，水泥熟料的磨损和碱硫物的侵蚀，而加快衬砖的损坏速度。因此，进一步提升和优化硅莫砖的性能很有必要。基于此，本工作中研究了碳化硅和添加剂对硅莫砖性能的影响。
1试验
试验所用的主要原料为：Al2O3>80%的高铝矾土熟料，其粒度为5~3、3〜1、≤1、<0.088mm;≤0.15和≤0.075mm、SiC质量分数>90%的碳化硅;≤0.080mm黏土。用纸浆废液做结合剂，其密度为1.12g·cm-3。原料的化学组成见表1。 表1原料的化学组成 试样的配比见表2。按表2的配方准确成料，先将颗粒料加入混碾机干混2min，加入3%的纸浆结合剂，混炼5min，加入细粉混炼10min成料，困料4h后，在630t压砖机上成型，砖坯自然干燥8h后，经110℃24h干燥，入隧道窑中1450T6h烧成，出窑后制样检测有关指标。
表2试样配比 按GB/T2997—2000检测显气孔率和体积密度，按GB/T5072—2008检测常温耐压强度，按YB/T370—1995检测荷重软化温度，按YB/T376.1—1995检测抗热震性(1100℃，水冷)，用盒尺测量试样的氧化层厚度。
2结果与分析
2.1碳化硅加入量对试样性能的影响 图1示出了碳化硅加入量对试样性能的影响。从图中看出，随着碳化硅加入量的增加，试样的显气孔率逐渐降低，当加入量超过20%(w)时，显气孔率升高;试样的常温耐压强度随碳化硅含量的增加而增加，当加入量超过20%(w)时，常温耐压强度增加趋缓;抗热震性随碳化硅加入量的增加而提高，其加入量超过20%(w)时，抗热震性有下降趋势。 图1SiC加入量对试样性能的影响
2.2碳化硅粒度对试样性能的影响 碳化硅粒度对试样性能的影响见表3。表中显示，增加细颗粒加入量，有利于试样耐压强度的提高和显气孔率的降低。增大细粉的粒度，有益于改善试样的抗热震性。 表3碳化硅粒度对试样性能的影响 2.3添加剂加入量对试样性能的影响
添加剂加入量对试样性能的影响如表4所示。从表中看出，常温耐压强度随着添加剂加入量的增加而提高，但当加入量超过2%(w)时，材料的常温耐压强度降低;随着添加剂加入量的增加，材料的抗热震性逐渐提高，材料的氧化层厚度逐渐减薄，当加入量超过2%(W)时，材料的抗热震性降低，氧化层厚度有增加的趋势。 表4添加剂加入量对试样性能的影响 碳化硅具有较低的热膨胀系数，较高的热导率。因此，加入碳化硅后提高了材料的抗热震性。但高温下SiC氧化生成较高活性的SiO2，部分SiO2与基质中的Al2O3反应生成莫来石，这两个反应都产生一定的体积膨胀，形成致密氧化层，降低显气孔率，阻止碳化硅进一步氧化，同时提高强度。由于碳化硅属共价键，难以与基质形成紧密结合，所以其加入量过大时，改善材料性能的效果不明显甚至有负作用。
（碳化硅）碳化硅细颗粒的比表面积和活性大于粗颗粒，所以高温时优先于粗颗粒氧化，氧化后促进了材料烧结，降低了显气孔率，提高了材料的强度，同时改善其抗氧化性能。另一方面，碳化硅氧化后不利于材料抗热震性能的提高。所以复合加入粒度不同的碳化硅细粉，使材料具有较好的抗氧化性和抗热震性。 由于添加剂活性较大，首先于碳化硅氧气反应，中温时促进了材料的烧结，提高其常温耐压强度。同时添加剂对碳化硅的氧化起保护作用，使材料的氧化层减薄，残余碳化硅的量相对较多，从而改善了其热震稳定性。当加入量超过2%(w)时，造成高温液相增多，将导致材料性能下降。
3结论
随碳化硅加入量的增加，材料的强度和抗热震性提高，其合理加入量为15%~20%(w)。碳化硅细粉以两种粒度复合加入时效果更好。加入添加剂后，有利于材料性能的提高，其合理加入量为2%(w)。
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发表于 2020-10-10 18:15:19
