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[分享] 碳化硅加入量对硅莫砖的影响

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发表于 2020-10-10 18:15:19 | 显示全部楼层 |阅读模式

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。

微信图片_20201010180912.jpg
(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

微信图片_20201010180959.png

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

微信图片_20201010181002.png

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。

微信图片_20201010181007.png

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

微信图片_20201010181010.png

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

微信图片_20201010181013.png

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。

微信图片_20201010181016.jpg
(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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