عوامل موثر بر خواص قلاب های آلومینیومی-منیزیمی با خلوص بالا برای تجزیه و تحلیل ملاقه و آسیب

رویه آزمایش

از کوراندوم جدولی، کوراندوم ذوب شده، اسپینل آلومینیوم- منیزیم متخلخل، منیزیم ذوب شده، میکروپودر -Al2O3، میکروپودر سیلیس و سیمان آلومینات کلسیم خالص و غیره استفاده کنید.
تخلخل ظاهری، چگالی ظاهری، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، نرخ تغییر خطی و مقاومت خمشی حرارتی 1400 درجه × 1 ساعت نمونه را پس از عملیات در دماهای مختلف بر اساس GB تعیین کنید. سرعت تغییر خطی نمونه را تحت بار آزمایش کنید، فشار 0.196 مگاپاسکال، نرخ گرمایش 10 درجه در دقیقه، حداکثر دما 1500 درجه است، و دما برای 3 ساعت نگه داشته می شود. آزمایش مقاومت در برابر سرباره از روش بوته استفاده می کند و سرباره نهایی مبدل (wCaO36.84 درصد، wSiO214.77 درصد، wAl2O328.17 درصد، wFeO7.95 درصد، wMnO4 0.58 درصد) 150g در crucible قرار داده شده است. پس از پردازش در کوره الکتریکی میله ای MoSi2 در 1650 درجه × 3 ساعت، در امتداد صفحه مرکزی بوته بریده شد تا عمق خوردگی و نفوذ بوته توسط سرباره اندازه گیری شود. تجزیه و تحلیل شیمیایی، میکروسکوپ نوری، پراش اشعه ایکس، نمونه‌ها پس از خوردگی سرباره با استفاده از پروب‌های الکترونیکی آنالیز می‌شوند.

نتایج و تجزیه و تحلیل

3.1 خواص و عوامل موثر بر مواد ریخته گری آلومینیوم منیزیم با خلوص بالا
ریخته گری آلومینیوم منیزیم با خلوص بالا بر اساس ریخته گری آلومینیوم و منیزیم ساخته شده اند. هدف بهبود مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد دمای بالا قطعات ریخته گری آلومینیومی و همچنین بهبود مقاومت در برابر نفوذپذیری و پایداری شوک حرارتی آن است. نقطه بچینگ آن در سمت آلومینیومی نمودار فاز باینری MgO-Al2O3 قرار می گیرد.
جزء اصلی Al2O3 قابل ریخته‌گری با MgO واکنش می‌دهد تا اسپینل را در دمای بالا تشکیل دهد که همراه با انبساط حجمی حدود 7 درصد است. به منظور سرکوب آسیب پوسته پوسته شدن ناشی از این تنش انبساط، اثرات دو ماده خام مختلف، منیزیم ذوب شده و اسپینل منیزیم آلومینا، بر مقاومت سرباره مواد به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که وقتی مقدار معینی منیزیم اضافه می‌شود، ماده ریخته‌گری در مقدار کمی فاز مایع روان‌کاری می‌شود، به‌ویژه زمانی که از آن استفاده می‌شود، تحت فشار هیدرواستاتیک فولاد مذاب قرار می‌گیرد، فرآیند تف جوشی واکنش پیشرفته می‌شود و بدنه شل انبساط اسپینل تراکم تر می شود. مگنزیا می تواند باعث شود که دستگاه ریخته گری همچنان در دمای بالا انبساط میکرو نشان دهد، یکپارچگی را حفظ کند، و همچنین برای کاهش تلفات خوردگی مفید است. با این حال، هر چه اندازه ذرات بحرانی منیزیا درشت‌تر باشد، یا بیشتر از 4 درجه سانتیگراد اضافه شود، انبساط بیشتر، خراب شدن ساختار، عمیق‌تر شدن نفوذ سرباره و تمایل به افزایش افت خوردگی بیشتر می‌شود.
با معرفی اسپینل پیش مصنوعی برای جایگزینی منیزیای ذوب شده، این تحقیق معتقد است که هر چه محتوای اسپینل نظری بیشتر باشد، مقاومت در برابر خوردگی دستگاه ریخته گری بهتر است و عمق نفوذ سرباره زمانی که محتوای اسپینل 10 تا 30 درصد باشد، کمترین مقدار است. و محتوای اسپینل 10 تا 30 درصد است. زمانی که محتوا از 50 درصد فراتر رفت، با افزایش محتوای اسپینل، روند صعودی را نشان می دهد. اندازه ذرات اسپینل با توزیع یکنواخت پودر ریز برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن ساختاری ناشی از نفوذ سرباره موثرترین است. این مطالعه نشان داد که جزء اسپینل نقش تعیین کننده ای در مقاومت سرباره خود کلینکر اسپینل و ماده ریخته گری مخلوط با کوراندوم دارد و MgO در اسپینل بین 3 تا 5 درصد ایده آل است. میکروپودر سیلیکا در مهار تشکیل تنش انبساط اسپینل نیز موثر است. مطالعات نشان داده اند که در دمای پایین، میکروپودر سیلیکون و پودر MgO ماده MSH را تشکیل می دهند که می تواند از هیدراتاسیون پریکلاز جلوگیری کند، سیالیت مواد ریخته گری را بهبود بخشد و چگالی مواد ریخته گری را افزایش دهد. تنش انبساط در دمای بالا را جذب کنید، با این حال، مقدار میکروپودر سیلیکونی اضافه شده افزایش می‌یابد، تشکیل فاز مایع در دمای بالا افزایش می‌یابد و مقاومت خزشی در دمای بالا کاهش می‌یابد. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، مواد مستعد تف جوشی بیش از حد و ترک خوردگی تحت فشار فولاد مذاب هستند. افزایش می یابد، ترک ها گسترده می شوند و پوسته پوسته شدن عمیق می شوند. به طور کلی از چسب کامپوزیت سیمان و دوده سیلیس استفاده می شود.
مقدار مناسبی از هیدرات سیمان با آلومینا بالا خشک می شود تا سری CA از مواد بسیار فعال تشکیل شود که به راحتی با پودر Al2O3 اضافه شده از حدود 1000 درجه واکنش شیمیایی می دهند.
در نتیجه، هر دو ریخته گری Al-spinel و Al-Mg دارای یکنواختی ریزساختار خوب، مقاومت در برابر خزش در دمای بالا، پایداری شوک حرارتی و مقاومت در برابر فرسایش و نفوذ سرباره هستند. تفاوت اصلی بین این دو این است که اولی اسپینل از پیش سنتز شده را معرفی می کند که پس از شلیک در دماهای مختلف استحکام پایینی دارد، مقاومت خمشی در دمای بالا، پایداری حجم خوب و نرخ تغییر خطی کوچک دارد. دومی هنگام استفاده در دمای بالا برای تشکیل اسپینل واکنش نشان می دهد و متفاوت است. پس از سوزاندن در دمای بالا، مقاومت بالایی در برابر خزش در دمای بالا، فشردگی و نرخ تغییر خطی زیاد دارد.
3.2 آسیب مواد ریخته گری آلومینیوم منیزیم با خلوص بالا
سیستم ریخته گری آلومینیوم-اسپینل و قابل ریخته گری آلومینیوم-منیزیم اساساً یک سیستم در دمای بالا هستند و فازهای کریستالی اصلی کروندوم و اسپینل غنی از آلومینیوم هستند. عوامل موثر بر مقاومت سرباره‌های ریخته‌گری بسیار پیچیده هستند، مانند عیار فولاد، ترکیب سرباره، شرایط ذوب و غیره، اما عمدتاً توسط ترکیب معدنی و ریزساختار ریخته‌گری کنترل می‌شوند. FeO و MnO سرباره جذب اسپینل غنی از آلومینیوم ابتدا سوراخ های کاتیونی را اشغال می کند و بخشی از MgO را جایگزین می کند تا محلول جامد مرکب اسپینل با ترکیب معمولی Mg0.70Mn را تشکیل دهد. 0.08Fe0.21Al2.{11}}O4. تجزیه و تحلیل کاوشگر الکترونی نشان می دهد که در همان ناحیه ریز حلالیت جامد آهن و منگنز در اسپینل ذرات تقریباً یکسان است، در حالی که محتوای عناصر Fe و منگنز در لبه ذرات اسپینل بزرگتر بسیار بیشتر از آن در اسپینل ذرات است. داخل ذرات تجزیه و تحلیل همچنین نشان می دهد که ثابت شبکه اسپینل به تدریج از سمت وجه کار به داخل کاهش می یابد که با تغییر محتوای Fe2O3 در هر لایه مطابقت دارد. استحکام به اسپینل لایه اصلی نزدیکتر است.
کوراندوم CaO را در سرباره جذب کرده و مواد معدنی آلومینات کلسیم را تشکیل می دهد و جامد می شود. مشاهده میکروسکوپ نوری نشان می دهد که یک دایره واکنش صفحه مانند آلومینات کلسیم در لبه ذرات کوراندوم در لایه نفوذپذیر نمونه وجود دارد و تعداد زیادی کانی CA6 سوزنی مانند در ماتریکس وجود دارد. SiO2 باعث افزایش CA6 می شود هنگامی که کریستال رشد می کند، منافذ ریزتر می شوند و یک لایه مانع متراکم تشکیل می دهند و سرباره باقیمانده غنی از SiO2 است و چسبناک می شود و نفوذ آن دشوار است.
متفاوت از قالب ریخته‌گری آلومینیوم-منیزیم، اگرچه مواد ریخته‌گری آلومینیوم-منیزیم در دمای بالا فازهای مایع بیشتری را تشکیل می‌دهند، اسپینل تازه تشکیل‌شده در اثر واکنش MgO و Al2O3 دارای دانه‌های ریز، عیوب بسیاری و ثابت‌های شبکه کوچک است. اسپینل ریزتر تقسیم می شود، که محلول جامد Al2O3 را به اسپینل ارتقا می دهد، یک اسپینل غنی از آلومینیوم را با غلظت بیشتری از عیوب شبکه تشکیل می دهد، و ماده ریخته گری نیز متراکم تر است. بنابراین مقاومت سرباره به ویژه مقاومت در برابر نفوذ سرباره بهتر است. مشاهدات میکروسکوپی نشان می‌دهد که دانه‌های کامپوزیت اسپینل در لایه تغییر یافته نمونه کاملاً توسعه‌یافته و به صورت دو وجهی هستند و اندازه دانه‌هایی در حدود 15-40 میلی‌متر و برخی تا 120 میلی‌متر دارند. حلالیت جامد FeO و MnO در اسپینل بسیار افزایش یافته است. ترکیب Mg0.68Mn0.17Fe0.47Al1.79O4.

در نتیجه

(1) انتخاب معقول مقدار اختلاط اسپینل، منیزیم، میکروپودر سیلیس و سیمان و کنترل ریزساختار ایده آل برای به دست آوردن مواد ریخته گری آلومینیوم-منیزیم با خلوص بالا با عملکرد پایدار ضروری است.
(2) اگرچه مواد ریخته‌گری Al-Mg با خلوص بالا دارای خواص متفاوتی هستند، اما همه آنها دارای یکنواختی ریزساختار خوب، مقاومت در برابر خزش در دمای بالا، پایداری شوک حرارتی، و مقاومت در برابر فرسایش و نفوذ سرباره هستند.
(3) مکانیسم ضد سرباره مواد ریخته‌گری آلومینیوم-منیزیم با خلوص بالا: اسپینل FeO و MnO را در سرباره جذب می‌کند تا سوراخ‌های کاتیونی خود را اشغال کند، MgO را جایگزین اسپینل کامپوزیت می‌کند، کوراندوم CaO را جذب می‌کند تا CA2، CA6، SiO6 باعث ایجاد کریستال CA6 شود. دانه ها رشد می کنند تا یک لایه مانع متراکم تر تشکیل دهند و سرباره باقیمانده غنی از SiO2 است و ضخیم می شود و در نتیجه مقاومت در برابر نفوذ سرباره و فرسایش را بهبود می بخشد. به دلیل واکنش MgO و Al2O3، اسپینل تازه تشکیل شده در دستگاه ریخته گری آلومینیوم-منیزیم دارای دانه های ریز و عیوب بسیاری است. بنابراین، اسپینل آلومینیومی، مقاومت آن در برابر سرباره قوی تر از اسپینل های ریخته گری آلومینیوم-اسپینل است.