إجراء التجربة
استخدم اكسيد الالمونيوم المجدول ، اكسيد الالمونيوم المنصهر ، اسبنيل الألمنيوم والمغنيسيوم المتكلس ، المغنيسيا المنصهرة ، مسحوق الميكرو- Al2O3 ، مسحوق السيليكا والأسمنت ألومينات الكالسيوم النقي ، إلخ. التجفيف عند 110 درجة ، إطلاق النار عند 1000 درجة × 3 ساعات و 1500 درجة × 3 ساعات.
تحديد المسامية الظاهرة ، والكثافة الظاهرية ، وقوة الانضغاط ، وقوة الانحناء ، ومعدل التغيير الخطي ، وقوة الانحناء الحراري للعينة 14 0 0 درجة × 1 ساعة بعد المعالجة عند درجات حرارة مختلفة وفقًا لـ GB ؛ اختبار معدل التغيير الخطي للعينة تحت الحمل ، والضغط 0.196 ميجا باسكال ، ومعدل التسخين 10 درجة / دقيقة ، ودرجة الحرارة القصوى 1500 درجة ، ودرجة الحرارة لمدة 3 ساعات ؛ تعتمد تجربة مقاومة الخبث طريقة البوتقة ، وتم وضع الخبث النهائي للمحول (wCaO36.84٪ ، wSiO214.77٪ ، wAl2O328.17٪ ، wFeO7.95٪ ، wMnO4 .58٪) 150 جم في البوتقة ، و بعد معالجته في فرن كهربائي بقضيب MoSi2 عند 1650 درجة × 3 ساعات ، تم قطعه على طول المستوى المركزي للبوتقة لقياس التآكل وعمق الاختراق للبوتقة بواسطة الخبث ؛ التحليل الكيميائي ، المجهر الضوئي ، حيود الأشعة السينية ، يتم تحليل العينات بعد تآكل الخبث بواسطة المجسات الإلكترونية.
النتائج والتحليل
3.1 الخصائص والعوامل المؤثرة الرئيسية في مصبوبات الألمنيوم والمغنيسيوم عالية النقاء
تم تطوير مصبوبات الألمنيوم والمغنيسيوم عالية النقاء على أساس سبائك الألمنيوم والمغنيسيوم. الغرض من ذلك هو تحسين مقاومة التآكل والأداء العالي لدرجات الحرارة للألمنيوم المصبوب ، وكذلك تحسين مقاومة النفاذية واستقرار الصدمات الحرارية. تقع نقطة الخلط على جانب الألومنيوم في مخطط الطور الثنائي MgO-Al2O3.
يتفاعل المكون الرئيسي من Al2O3 المسبوك مع MgO لتكوين الإسبنيل عند درجة حرارة عالية ، مصحوبًا بتوسع في الحجم بنسبة 7 بالمائة تقريبًا. من أجل قمع أضرار التشظي الناجم عن هذا الإجهاد التمدد ، تمت دراسة تأثيرات مادتين خام مختلفتين ، المغنيسيا المنصهرة وإسبينيل المغنيسيا والألومينا ، على مقاومة الخبث للمادة بشكل تجريبي. تظهر النتائج أنه عند إضافة كمية معينة من المغنيسيا ، يتم تشحيم الصب بكمية صغيرة من الطور السائل ، خاصة عند استخدامه ، ويتعرض للضغط الهيدروستاتيكي للفولاذ المصهور ، ويتقدم تفاعل تلبيد يتم الترويج لجسم فضفاض من تمدد الإسبنيل ليكون أكثر كثافة. يمكن للمغنيسيا أن تجعل الصب لا يزال يظهر تمددًا صغيرًا في درجة حرارة عالية ، ويحافظ على السلامة ، كما أنه مفيد لتقليل فقد التآكل. ومع ذلك ، فكلما كان حجم الجسيمات الحرج للمغنيسيا أكثر خشونة ، أو إضافة أكثر من 4 درجات مئوية ، كلما زاد التمدد ، وتدهور الهيكل ، وتعمق اختراق الخبث ، وميل فقدان التآكل إلى الزيادة.
عند إدخال الإسبنيل قبل التصنيع ليحل محل المغنيسيا المنصهرة ، يعتقد البحث أنه كلما زاد محتوى الإسبنيل النظري ، كانت مقاومة التآكل أفضل للقابل المصبوب ، ويكون عمق اختراق الخبث هو الأصغر عندما يكون محتوى الإسبنيل 10 في المائة إلى 30 في المائة ، ومحتوى الإسبينيل هو 10 في المائة إلى 30 في المائة. عندما يتجاوز المحتوى 50 في المائة ، فإنه يظهر اتجاها تصاعديا مع زيادة محتوى الإسبنيل. حجم جسيم الإسبينيل مع التوزيع المنتظم للمسحوق الناعم هو الأكثر فاعلية في منع التشظي الهيكلي الناتج عن تسلل الخبث. وجدت الدراسة أن مكون الإسبينيل يلعب دورًا حاسمًا في مقاومة الخبث لكلنكر الإسبنيل نفسه والمسبك الممزوج مع اكسيد الالمونيوم ، و MgO في الإسبينيل مثالي بنسبة 3 في المائة إلى 5 في المائة. مسحوق السيليكا فعال أيضًا في تثبيط تكوين إجهاد تمدد الإسبينيل. أظهرت الدراسات أنه في درجات الحرارة المنخفضة ، يشكل مسحوق السيليكون ومسحوق MgO مادة MSH ، والتي يمكن أن تمنع ترطيب البريكلاز ، وتحسن سيولة المصبوبات ، وتزيد من كثافة المصبوبات. تمتص إجهاد التمدد في درجات الحرارة العالية ، ومع ذلك ، تزداد كمية مسحوق السيليكون المضاف ، ويزيد تكوين الطور السائل عند درجة حرارة عالية ، وتقل مقاومة الزحف عند درجات الحرارة العالية. كما هو مبين في الشكل 2 ، تكون المادة عرضة للتلبيد المفرط والتشقق تحت ضغط الفولاذ المصهور. تزداد الشقوق وتتسع وتتعمق الشقوق. بشكل عام ، يتم استخدام الموثق المركب من الأسمنت وأبخرة السيليكا.
يتم تجفيف كمية مناسبة من هيدرات الأسمنت عالية الألومينا لتشكيل سلسلة CA من المواد عالية الفعالية ، والتي يسهل تفاعلها كيميائيًا مع مسحوق Al2O3 المضاف من حوالي 1000 درجة.
في الختام ، تتمتع كل من مصبوبات الإسبنيل و Al-Mg castables بتوحيد جيد للبنية المجهرية ، ومقاومة زحف عالية في درجات الحرارة ، واستقرار للصدمات الحرارية ، ومقاومة تآكل الخبث والاختراق. الفرق الرئيسي بين الاثنين هو أن الأول يقدم الإسبنيل المركب مسبقًا ، والذي يتمتع بقوة منخفضة بعد إطلاق النار في درجات حرارة مختلفة ، وقوة الانحناء عند درجات الحرارة العالية ، واستقرار الحجم الجيد ، ومعدل التغيير الخطي الصغير ؛ يتفاعل الأخير لتشكيل الإسبنيل عند استخدامه في درجة حرارة عالية ، ومختلفة له قوة عالية بعد الاحتراق عند درجة حرارة عالية ، ومقاومة قوية للزحف في درجات الحرارة العالية ، والاكتناز ، ومعدل التغيير الخطي الكبير.
3.2 تلف المصبوبات المصنوعة من الألومنيوم والمغنيسيوم عالية النقاء
إن السبائك المصنوعة من الألمنيوم الإسبنيل والسبائك المصنوعة من الألمنيوم والمغنيسيوم هي أساسًا نفس النظام عند درجة حرارة عالية ، والمراحل البلورية الرئيسية هي اكسيد الالمونيوم والإسبنيل الغني بالألمنيوم. العوامل التي تؤثر على مقاومة الخبث في المصبوبات معقدة للغاية ، مثل درجة الفولاذ ، وتكوين الخبث ، وظروف الصهر ، وما إلى ذلك ، ولكن يتم التحكم فيها بشكل أساسي من خلال التركيب المعدني والبنية الدقيقة للقالب. يشغل FeO و MnO لخبث الالتقاط الغني بالألمنيوم الثقوب الموجبة أولاً ، ويستبدل جزءًا من MgO لتكوين محلول إسبينيل صلب مركب بتركيبة نموذجية من Mg 0. 7 0 Mn 0. 08Fe0.21Al2. 00 O4. يُظهر تحليل مسبار الإلكترون أنه في نفس المنطقة الدقيقة ، فإن قابلية الذوبان الصلبة للحديد والمنغنيز في إسبينيل الجسيمات هي نفسها تقريبًا ، في حين أن محتوى عناصر الحديد والمنغنيز في حافة جسيمات الإسبينيل الأكبر أعلى بكثير من ذلك في داخل الجسيمات. يوضح التحليل أيضًا أن ثابت الشبكة للإسبنيل يتناقص تدريجياً من جانب وجه العمل إلى الداخل ، وهو ما يتوافق مع تغير محتوى Fe2O3 في كل طبقة. القوة أقرب إلى إسبينيل الطبقة الأصلية.
يمتص اكسيد الالمونيوم CaO في الخبث ليشكل معادن ألومينات الكالسيوم ويتصلب. تظهر الملاحظة بالمجهر البصري أن هناك دائرة تفاعل ألومينات الكالسيوم تشبه الصفيحة على حافة جسيمات اكسيد الألمونيوم في الطبقة المنفذة للعينة ، وهناك عدد كبير من معادن CA6 الشبيهة بالإبرة في المصفوفة. يعزز SiO2 CA6 عندما تنمو البلورة ، تصبح المسام أدق ، وتشكل طبقة حاجز أكثر كثافة ، ويكون الخبث المتبقي غنيًا بـ SiO2 ويصبح لزجًا ويصعب اختراقه.
يختلف عن السبينيل المصبوب المصبوب من الألومنيوم ، على الرغم من أن السبائك المصنوعة من الألومنيوم والمغنيسيوم تشكل المزيد من الأطوار السائلة عند درجة حرارة عالية ، فإن الإسبنيل الذي تم تكوينه حديثًا عن طريق تفاعل MgO و Al2O3 يحتوي على حبيبات دقيقة والعديد من العيوب وثوابت شبكية صغيرة. يتم تقسيم الإسبنيل بشكل أكثر دقة ، مما يعزز المحلول الصلب لـ Al2O3 في الإسبنيل ، مكونًا إسبنيلًا غنيًا بالألمنيوم مع تركيز أكبر من عيوب الشبكة ، كما أن الصب أكثر كثافة. لذلك ، فإن مقاومة الخبث ، وخاصة مقاومة قدرة اختراق الخبث تكون أفضل. تُظهر الملاحظة المجهرية أن حبيبات الإسبنيل المركبة في الطبقة المعدلة من العينة قد تم تطويرها بالكامل وهي أحادية السطح ، ويبلغ حجم حبيباتها حوالي 15-40 مم ، وبعضها يصل إلى 12 0 مم. تزداد قابلية الذوبان الصلبة للحديد O و MnO في الإسبينيل بشكل كبير. التركيب Mg 0. 68 مليون 0. 17Fe0.47Al1.79O4.
ختاماً
(1) يعد الاختيار المعقول لكمية الخلط من الإسبنيل والمغنيسيوم ومسحوق السيليكا الدقيق والأسمنت والتحكم في البنية المجهرية المثالية أمرًا ضروريًا للحصول على مصبوبات الألمنيوم والمغنيسيوم عالية النقاء مع أداء مستقر.
(2) على الرغم من أن مسبوكات Al-Mg عالية النقاء لها خصائص مختلفة ، إلا أنها تتمتع جميعها بتوحيد جيد للبنية المجهرية ، ومقاومة زحف عالية الحرارة ، واستقرار الصدمة الحرارية ، ومقاومة تآكل الخبث والاختراق.
(3) آلية مكافحة الخبث من سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم عالية النقاء: يلتقط الإسبنيل الحديد O و MnO في الخبث ليحتل ثقوبه الكاتيونية ، ويحل محل MgO لتشكيل الإسبنيل المركب ، يمتص أكسيد الألمونيوم CaO لتوليد CA2 ، CA6 ، SiO6 يعزز الكريستال CA6 تنمو الحبوب لتشكل طبقة حاجزة أكثر كثافة ، ويكون الخبث المتبقي غنيًا بـ SiO2 ويتكثف ، وبالتالي يحسن مقاومة اختراق الخبث والتآكل. نظرًا لتفاعل MgO و Al2O3 ، فإن الإسبنيل المشكل حديثًا في سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم المصبوب يحتوي على حبيبات دقيقة والعديد من العيوب. لذلك ، فإن سبينيل الألومنيوم يكون أقوى من مقاومة سبائك الإسبنيل المصنوعة من الألمنيوم.
