添加不同Al2O3/ZrO2比值的复合粉对氧化锆质定径水口性能的影响

摘要

中间包是连铸生产中尤为关键的设备之一,而中间包用定径水口是小方坯连铸中使用的重要功能耐火材料,起着稳定钢水从中间包流向结晶器流量的作用,保证连铸操作的顺利进行。由于氧化锆具有熔点高、难以被熔融金属及熔渣润湿等优良性能,是制备定径水口的最佳原料。然而,氧化锆质定径水口在小方坯连铸使用过程中由于高温钢水的冲刷、冲击等作用,容易出现定径水口的扩径、脱落和堵塞等问题,影响连铸生产的稳定性和平稳性。因此,对氧化锆质定径水口改性、开发新的制备工艺、改进显微结构是提高定径水口使用性能的关键,对提高连铸效率起到至关重要的作用。
　　以前人的实验成果为基础,本课题完成了以下实验研究工作:(1)采用溶胶-凝胶法制备了Al2O3/ZrO2(wt％)比值分别为56/44、46/54、36/64、26/74的4种Al2O3-ZrO2复合粉;(2)以4种不同的Al2O3-ZrO2复合粉为添加剂,对部分稳定氧化锆(PSZ)质定径水口进行改性,测定试样的基本物理性能(体积密度、显气孔率、耐压强度和抗热震稳定性等);(3)采用x-ray衍射仪和扫描电子显微镜分析试样的矿物组成和微观结构,探究试样性能提高的原因。
　　实验研究得出以下结论:(1)由于 Al2O3-ZrO2复合粉的堆积密度低,在 PSZ原料中引入等量 Al2O3时,Al2O3/ZrO2比值较低的复合粉的添加量增多,会导致试样成型困难,1710℃烧成后的试样上压面层裂、下压面疏松变形。因此,PSZ原料中 Al2O3-ZrO2复合粉的添加量不能超过6wt%。(2)过高 Al2O3的引入量会过量消耗原料中的稳定剂 MgO,致使原料中 c-ZrO2的相变量过大,导致制品的开裂和强度下降。实验证明,Al2O3的最佳引入量为1.68wt%。(3)B2试样经1710℃烧成后,体积密度为5.32g.cm-3,与空白样相比,提高了0.95%;显气孔率为5.47%,与空白样相比,降低了15%;耐压强度为778MPa,比空白样的强度提高了39.18%;抗热震次数达到36次,是空白样的5倍多。(4)B复合粉的粒度分布与 PSZ细粉更加接近,能更好的填充于颗粒间隙中增大试样的致密度,B2试样中添加的复合粉在烧成过程会产生适量的收缩微孔,可以提高试样的抗热震稳定性。B2试样的显微结构显示:试样中的 Al2O3与 MgO反应生成均匀分布的 MgAl2O4高温稳定相;复合粉中剩余的 ZrO2形成交错状的亚微米柱状增强相;试样中 ZrO2颗粒结合致密,且 MgAl2O4与 ZrO2颗粒结合状况良好。从微观上进一步解释了 B2试样最优的基本物理性能。

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1 引 言

2 文献综述

2.1 中间包用定径水口的研究现状及现存问题

2.2 Al2O3-ZrO2 陶瓷复合材料

2.3 Al2O3-ZrO2 复合粉的制备方法

2.4 本课题研究的目的、意义和内容

3 实 验

3.1 实验方案

3.2 实验原料

3.3 实验设备及仪器

3.4 实验过程

4 不同 Al2O3/ZrO2 比值复合粉的制备及性能表征

4.1 Al2O3-ZrO2 复合粉的制备工艺过程

4.2 不同 Al2O3/ZrO2 比值复合粉的配方设计

4.3 不同 Al2O3/ZrO2 比值复合粉的性能表征

4.4 本章小结

5 改性定径水口的制备及性能表征

5.1 试样的制备

5.2 试样基本物理性能的检测

5.3 添加 Al2O3-ZrO2 复合粉对试样的矿物组成及显微结构的影响

5.4 本章小结

6 实验结论

致谢

参考文献

硕士研究生阶段发表论文