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基质组成对熔铝池用浇注料抗侵蚀性能的影响

更新时间:2009-03-28

熔铝炉是铝加工行业中的重要设备,而耐火内衬特别是熔铝池所用浇注料对其在高温下的正常工作起到了至关重要的作用[1-3]。铝液活泼且黏度低,因此,与铝液直接接触的熔池部位耐火材料受铝液侵蚀破坏最为严重,其质量和寿命直接影响到产品的质量和熔铝炉的寿命[4-6]。由于铝熔体对浇注料的侵蚀首先发生在基质部位,因此,为了提高熔铝炉用浇注料的抗铝熔体侵蚀性能,在本试验中,以高铝矾土作为骨料,重点研究了基质组成中硅灰、抗侵蚀剂、硫酸钡和水泥4种细粉对熔铝池用浇注料抗侵蚀性能的影响。

1 试验

1.1 原料

试验所用原料有高铝矾土(8~5、5~3、3~1和≤1 mm),细粉有莫来石细粉(≤0.088 mm)、硫酸钡细粉(≤0.045 mm)、α-Al2O3微粉(d50=5μm)、硅灰(≤1μm)、高铝水泥和抗侵蚀剂。主要原料的化学组成如表1所示。

 

表1 原料的化学组成Table 1 Chem ical composition of starting materials

  

原料 w/%Al2 O3 SiO2 CaO TiO2 MgO BaSO4 0.11莫来石 69.54 24.61 0.34 3.14 0.24 α-Al2O3微粉 99.25 0.16 0.08硅灰 0.58 95.79 0.68硫酸钡高铝矾土 79.26 16.72 0.78 3.89 98.00高铝水泥 70.11 0.51 28.210.38

1.2 正交设计及试样制备

试验所选用的基本配比(w)为:高铝矾土71.71%,莫来石细粉5.29% ~19.29%,α-Al2O3微粉5%,其余基质原料为硅灰、抗侵蚀剂、硫酸钡和水泥。以硅灰(A)、抗侵蚀剂(B)、硫酸钡(C)和水泥(D)含量为影响因素,进行4因素3水平正交试验,选用正交表L9(34)来安排试验,其因素水平表如表2所示。

(1)随着会计从业资格证的取消,行业门槛被打破。2017年初,会计从业资格证书被建议取消,随后,全国各地财政主管部门发出暂停会计从业资格考试的通知,在会计界引起不小的波澜。结果未等到年末,随着“会计法”修正案的出台,新中国施行了近30年的“会计证”被正式取消。会计从业资格证作为财务人必考之证,作为一本会计行业的入门门槛证书,说取消就取消,那些还在辛苦备考路上的考生们,那些还没通过初级、中级职称的财务人们,瞬间迷茫不已。会计行业瞬间陷入了一种恐慌,许多没有会计从业资格证的人顺势进入会计行业,会计领域鱼龙混杂,从业环境遭遇前所未有的挤压。

 

表2 试验因素水平表Table 2 Factors and levels of test

  

因素 水平(w)/%1 2 3硅灰(A) 0 1.53抗侵蚀剂(B) 0 3 6硫酸钡(C) 0 2 4水泥(D) 4 68

按照表2配料,先将称好的骨料倒入搅拌机中搅拌2 min,再加入适量的水(减水剂等外加剂提前溶解于水中),搅拌2 min后倒入提前预混均匀的细粉,直至物料搅拌均匀并具有一定的流动性,将混好的料倒入坩埚模具中,振动浇注成内孔尺寸为φ(25~30)mm×30 mm的坩埚试样,振动成型7 min。在常温下静置24 h后脱模,然后在110℃干燥24 h,再经1 200℃保温3 h热处理。

1.3 性能表征

(1)随着硅灰的加入及其加入量的增加,试样的抗侵蚀性能逐渐提高。这是因为硅灰粒径极小,能够填充于粗骨料形成的空隙中而使试样致密化,从而使试样的显气孔率下降,减少了铝熔体进入试样内部的通道。此外,硅灰大的比表面积使其具有高的反应活性,在高温下能促进试样基质物料的烧结,致使试样致密化的同时提高了试样的强度。试样强度影响到浇注料抵抗变质层引起应力的能力,而应力变化又使得裂纹出现及裂纹扩展所造成的侵蚀加剧。由此可见,硅灰的掺入在增大浇注料强度的同时还可以提高试样的抗侵蚀性能。

TCAD模拟中的晶体管是基于部分耗尽的绝缘体上硅(PdSOI)0.18μm CMOS技术[9-11]。这些器件具有0.18μm的栅长和1.8μm的沟道宽度。等效栅氧化层厚度为3 nm。多晶硅层形成栅电极。埋藏氧化层厚度为400 nm。顶部硅膜厚度为200 nm,约为结深的2倍。在本次实验中,我们利用阱接触来控制晶体管的体偏压。

式中:h0为所测量位置原始高度,d0为所测量位置原始直径。

坩埚试样经1 200℃保温72 h后侵蚀情况如图2所示,结果如表3所示。

 

1.3 构造向量的数形结合法 向量作为一种带有方向的线段,集“数”“形”于一身,即向量可以类似像数那样进行运算,其本身又是一个“图形”。向量是体现数形结合方法的良好载体〔1〕111。

 
 

为了较全面地反映坩埚试样的侵蚀情况,试验结果用侵蚀判据(CRC)来表示[7]。侵蚀判据是根据侵蚀试验后,试样垂直方向的最大侵蚀深度、水平方向的几个侵蚀宽度得出的一个金属铝对试样侵蚀的综合判据,计算方法如式(1)。进行CRC指标分析测量的示意图如图1所示。

在本试验中,需要测量的4个参数分别是:烧后垂直方向的最大侵蚀深度(ΔP),原始底面上方5 mm处侵蚀层的直径(d5),原始底面上方10 mm处侵蚀层的直径(d10),整个侵蚀区域侵蚀层的最大直径(d max),则:

  

图1 CRC测量示意图Fig.1 CRC measurement diagram

2 结果与分析

2.1 试验结果

监测系统主要是采集光伏组件输出电压、电流信号.但是,阵列中的电压、电流值较高且电池板间具有电位联系,导致目前实现直接测量比较困难.研究前期,提出一些测量方法:共模、差模、V/F转换无触点采样等方法来测量电压[3],但都存在精度低,线性度差,电压测量范围小,响应速度慢,不能适用于任何波形等缺点;采用直放式LEM传感器、罗氏线圈、电磁式电流互感器、TMR电流传感器、分流器或直接检测等方法来测量电流,但是存在零点漂移、破坏原有系统完整性、影响被测电流波形、绝缘难度大等问题[4].

 
  

图2 试样经1 200℃保温72 h后的侵蚀情况Fig.2 Corrosion of specimens at1 200℃ for 72 h

 

表3 经1 200℃保温72 h侵蚀后试样的CRCTable 3 Test results and analysis of corroded specimens at

  

1 200℃for 72 h因素CRC/%A B C D试样编号11 1 1 1 11.68 1 2 2 2 8.28 23 1 3 3 3 7.59 4 2 1 2 3 8.99 5 2 2 3 1 0.00 6 2 3 1 2 13.88 7 3 1 3 2 6.02 8 3 2 1 3 7.73 9 3 3 2 1 1.05 K1 27.55 26.69 33.29 12.73 K2 22.87 16.01 18.32 28.18 K3 14.80 22.52 13.61 24.31 k19.18 8.90 11.10 4.24 k2 7.62 5.34 6.11 9.39 k3 4.93 7.51 4.54 8.10极差4.25 3.56 6.56 5.15试验安排中最优方案为A2 B2 C3 D1极差分析得出的最优方案为A3 B2C3 D1

2.2 分析讨论

由表3可以看出:对试样的抗侵蚀性能而言,主要影响因素为硫酸钡,其次为水泥、硅灰和抗侵蚀剂。

由表3还可以看出,在正交试验各因素水平范围内:

(2)随着抗侵蚀剂掺入量的增加,试样的抗铝熔体侵蚀性能有先提高后降低的趋势。分析原因是基质中抗侵蚀剂能够固溶铝熔体中的Al3+,使这部分基质的结构致密,防止了铝熔体的进一步侵蚀。但随着其掺入量的增加,对Al3+的固溶量增加,导致了试样内部缺陷增大,引起了浇注料的开裂破坏,形成铝熔体渗入试样内部的通道而引起侵蚀加剧。

将30 g铝合金放入经1 200℃保温3 h后的坩埚中,再于1 200℃保温72 h,待冷却后取出,然后将坩埚试样沿中间切开,观察其被侵蚀情况。试验所用铝合金的化学组成(w)为:Al 96.00% ~97.36%,Mg 0.80% ~1.20%,Fe 0.70%,Si 0.40% ~0.80%,Cu 0.15% ~0.40%,Cr 0.04~0.35%,Zn 0.25%,Ti 0.15%,Mn 0.15%。

在日常检查上,台州市食品药品监管局探索“四+”工作法,即制度+科技、专业+业余、全域+重点、处罚+曝光,提高监管的针对性、有效性和科学性。尤其是启动建设“智慧监管”项目,全市系统配发移动执法终端1000多台,上传7.4万余家监管对象信息和13万余次巡查信息,推送21593条预警信息,执法所需时间较传统手段缩短45%,并成功处置了“铬超标胶囊”、针孔蟹等事件和舆情,由人海战术转向智慧监管。

(3)硫酸钡的掺入量从无到2%(w),使得试样的CRC值从11.10%降到了6.11%,抗侵蚀性能几乎提高了1倍。表明硫酸钡的加入对试样抗铝熔体侵蚀性能的提高作用明显。

(4)随着水泥掺入量的增加,试样的抗铝熔体侵蚀性能有先降低后提高的趋势。这是因为水泥水化使得试样需水量增加,在高温下水化产物脱水造成试样内部结构疏松,致使结构弱化,试样的抗侵蚀性能下降。当水泥掺量继续增加超过6%(w)时,由于在基质中引入CaO致使高温下液相量增多,液相的表面张力使颗粒之间的距离被拉近,促进了试样内部致密化,从而提高了试样的抗铝熔体侵蚀性能。

综上所述,对试样抗铝合金侵蚀性能而言,经正交试验极差分析得出的最优方案为A3 B2 C3 D1,但此方案未出现在试验安排中,试验安排中抗侵蚀性能最优的为 5试样(A2 B2 C3 D1)。

因此,同时对两者进行验证试验,结果如图3所示,按照公式(1)计算得出其侵蚀判据CRC值仍为0。可以看出:A3 B2 C3 D1试样的试验结果虽未达到正交试验极差计算分析的预判,但极差分析得出的最优方案A3 B2 C3 D1与试验安排中5试样(A2 B2 C3D1)的抗侵蚀性能均达到了预期效果。之所以出现这样的结果:1)根据正交试验极差分析得出的影响因素的显著性排列为 C>D>A>B,硅灰因素影响显著性差一些;2)两方案中硅灰的因素水平选取较接近,其他影响因素的水平均一致。所以,正交试验极差分析得出最优方案 A3 B2 C3 D1与试验安排中 5方案(A2 B2 C3 D1),即硅灰取2或3水平时均能达到与最优方案下相同的效果。

  

图3 最优方案下试样经1 200℃保温72 h后的侵蚀情况Fig.3 Specimens prepared by optim ized formulation corroded at1 200℃for 72 h

3 结论

对于以硅灰、抗侵蚀剂、硫酸钡和水泥等物料为基质的熔铝池用浇注料,对铝合金熔体侵蚀性能影响明显的因素主要是硫酸钡,且随其含量增加,抗侵蚀性能提高。在一定范围内,随着硅灰掺入量的增加,浇注料抗侵蚀性提高,而抗侵蚀剂和水泥的加入量若控制在一定的范围内,则能起到较好的抗铝熔体侵蚀效果。

参考文献

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[2]吴自敏.熔铝炉用钛酸铝轻质浇注料的制备及性能研究[D].杭州:浙江大学,2013.

[3]杜金梅.铝和耐火材料[J].中国资源综合利用,1995(3):14-15.

[4]高中华.利用新型耐火材料提高铝熔炼炉使用寿命[J].镁铝通讯,2009(1):22-23.

[5]曹玉红.炼铝炉用耐火材料[J].耐火与石灰,2011,36(2):24-25.

[6]李彩霞,薛鸿雁,王文渊.熔铝炉用防渗浇注料的研制[J].工业炉,2014,36(2):55-59.

[7]章艺.耐火材料抗熔融冰晶石电解液侵蚀检测方法的研究[D].天津:天津大学,2008.

 
孙璇,刘永杰,孙杰璟
《耐火材料》 2018年第02期
《耐火材料》2018年第02期文献
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