本文關(guān)鍵詞： Al_2O_3-SiO_2 質(zhì)澆注料 鋁合金 熔煉爐 侵蝕 添加劑　出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國(guó)汽車工業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅速,今后的幾十年仍將成為我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一,為降低能耗、提高質(zhì)量、減輕自重,高性能鋁合金在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越多,鋁合金冶煉條件也越來(lái)越苛刻,而目前國(guó)內(nèi)對(duì)熔鋁爐用耐火材料的研究比較少。論文以Al_2O_3含量為85%(樣號(hào)M85)和75%(樣號(hào)M75)的礬土熟料、Al_2O_3含量為60%(樣號(hào)M60)和45%(樣號(hào)M45)的藍(lán)晶石基莫來(lái)石為主要原料,加入α-Al_2O_3微粉、二氧化硅微粉、Secar71水泥作為結(jié)合系統(tǒng),制備了超低水泥結(jié)合的澆注料標(biāo)準(zhǔn)試樣和抗渣坩堝試樣,研究了不同Al_2O_3含量的鋁硅系原料對(duì)熔鋁爐用澆注料性能的影響。在此基礎(chǔ)上,選用綜合性能優(yōu)異的原料作為主原料,進(jìn)而研究了K_2CO_3、BaSO_4、H_3BO_3等添加劑和鋁溶膠結(jié)合劑對(duì)澆注料性能的影響。通過檢測(cè)試樣的常溫和高溫性能、采用坩堝法研究試樣抗6063#鋁合金的侵蝕性能、以及對(duì)試樣進(jìn)行物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的分析,得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果:研究Al_2O_3含量對(duì)澆注料性能影響的結(jié)果表明:試樣在1200℃處理后顯氣孔率減小,表明試樣有一定程度的燒結(jié)。M75試樣由于物相接近純莫來(lái)石的組成而難以燒結(jié),導(dǎo)致抗折和耐壓強(qiáng)度最小,M45試樣抗折強(qiáng)度最高(18.2MPa),M85試樣耐壓強(qiáng)度最高(103.4MPa)。隨著Al_2O_3含量的增加,試樣的導(dǎo)熱系數(shù)增大,如M85試樣導(dǎo)熱系數(shù)最大,M60試樣由于氣孔率最大導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)最小。試樣850℃下的熱態(tài)抗折強(qiáng)度比常溫抗折強(qiáng)度提高3-6MPa,最致密的M45試樣熱態(tài)抗折強(qiáng)度最高(22MPa),體現(xiàn)了在此溫度下澆注料中微粉促進(jìn)燒結(jié)的作用。鋁合金液在850℃時(shí)與耐火材料中的SiO_2反應(yīng)生成Al_2O_3和Si,伴隨體積收縮,易造成耐火材料開裂損毀。Al_2O_3含量越高、氣孔率越低的試樣抗?jié)B透和抗侵蝕性能越好,如M85試樣。經(jīng)850℃×72h侵蝕實(shí)驗(yàn)后,坩堝試樣的侵蝕部分變?yōu)楹谏?反應(yīng)層中顆粒和基質(zhì)均被侵蝕,侵蝕層中氣孔被填充變得更加致密,材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,變質(zhì)層與原磚層之間的熱膨脹系數(shù)變得不一致,在間歇式工況條件下,容易出現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)剝落。同時(shí),在侵蝕過程中,鋁合金液中的Zn元素蒸汽從合金中逸出,在過渡層富集。澆注料中加入K_2CO_3添加劑后,采用檸檬酸鈉和FS20作減水劑時(shí),試樣的流動(dòng)性最好。高溫下K_2CO_3易與金屬Al和O_2反應(yīng)生成KAlO_2和CO_2,使材料的抗侵蝕性能降低。采用鋁溶膠作結(jié)合劑,加入量較低時(shí)試樣抗侵蝕性能略有增加,隨著加入量的增加,澆注料流動(dòng)性變差,顯氣孔率增加,抗侵蝕性能下降。隨著BaSO_4加入量的增加,試樣的顯氣孔率增大、導(dǎo)熱系數(shù)減小、體積密度減小、常溫和熱態(tài)強(qiáng)度降低。900℃時(shí)BaSO_4與試樣中的Al_2O_3和SiO_2反應(yīng)生成鋇長(zhǎng)石(BaAl2Si2O8)和富含鋇的液相,降低了基質(zhì)中SiO_2和莫來(lái)石的含量,材料的抗侵蝕性能明顯提高。未加入BaSO_4時(shí)坩堝試樣的侵蝕率為5.10%,加入1.0%BaSO_4后坩堝試樣的侵蝕率降低到3.75%,BaSO_4加入量≥2%時(shí),坩堝試樣均無(wú)肉眼可見侵蝕。但當(dāng)BaSO_4加入量2%,高溫下生成富含鋇的液相較多,試樣的常溫和熱態(tài)強(qiáng)度降低。BaSO_4加入量較少時(shí),材料的抗侵蝕性能得不到提高,實(shí)驗(yàn)得出,BaSO_4最佳加入量為2%。隨著H_3BO_3加入量的增加,澆注料試樣逐漸變黃,H_3BO_3加入量為2%時(shí),試樣已經(jīng)變?yōu)橥咙S色,表面有寬約0.5mm的裂紋,導(dǎo)致試樣顯氣孔率增大、強(qiáng)度下降。適量H_3BO_3加入后,坩堝試樣的抗侵蝕性能明顯增強(qiáng),H_3BO_3加入量為0.1%和0.2%時(shí),經(jīng)850℃×72h侵蝕實(shí)驗(yàn)后,坩堝試樣無(wú)肉眼可見侵蝕。通過SEM照片可見,1200℃處理后試樣中的剛玉成顆粒狀,B2O3與Al_2O_3反應(yīng)生成液相和一致熔融化合物9Al_2O_3·2B2O3,促進(jìn)燒結(jié),B1和B2試樣中剛玉顆粒間的孔隙被玻璃相填充并連接在一起。H_3BO_3加入量較小(0.05%)時(shí),材料的抗侵蝕性能較差;H_3BO_3加入量較大(0.2%)時(shí)試樣高溫下(1200℃)產(chǎn)生裂紋,影響材料的強(qiáng)度。結(jié)果顯示,H_3BO_3最佳加入量為0.1%,最佳處理溫度為900℃。
[Abstract]:China's automobile industry developed rapidly in recent years, the coming decades will become one of the pillar industries in China's modern manufacturing industry, in order to reduce energy consumption, improve quality, reduce weight, high performance Aluminum Alloy used more and more in the car, Aluminum Alloy smelting conditions are more harsh, and the current domestic for aluminum melting study on furnace refractory is less. The content of Al_2O_3 is 85% (sample No. M85) and 75% (sample No. M75) of bauxite, the content of Al_2O_3 is 60% (sample No. M60) and 45% (sample No. M45) of Kyanite based mullite as main raw material, adding a -Al_2O_3 powder, silica powder Secar71, as a combination of cement system, standard castable samples ultra low cement bonded slag and crucible samples were prepared and studied the effect of Al Si material with different Al_2O_3 content on the properties of material casting for aluminum melting furnace. On this basis, with excellent comprehensive properties of raw materials As the main raw material, BaSO_4 of K_2CO_3, H_3BO_3, effects of additives and aluminum sol binder on properties of the castables. By detecting the samples at room temperature and high temperature performance, corrosion resistance by crucible test specimens of anti 6063# Aluminum Alloy, and analysis of samples the phase composition and microstructure, the results were as follows Al_2O_3: research content of material properties of the casting results showed that the samples in 1200 treatment after the porosity decreases, which shows that the sample has a certain degree of sintered.M75 samples due to phase close to pure mullite composition to lead sintering, the flexural strength and compression strength is the smallest, the highest flexural strength of M45 specimens (18.2MPa). The highest compressive strength of M85 specimen (103.4MPa). With the increase of Al_2O_3 content, increase the coefficient of thermal conductivity of samples, such as M85 sample maximum thermal conductivity of M60 samples, due to the porosity in thermal conductivity Minimum. Hot sample at 850 DEG C than room temperature flexural strength flexural strength increased 3-6MPa, M45 were the most dense hot the highest flexural strength (22MPa), embodies the castable to promote sintering powder at this temperature. Aluminum Alloy liquid at 850 DEG C and refractory materials in SiO_2 reaction formation of Al_2O_3 and Si, with volume shrinkage, easy to cause the refractory cracking damage to the content of.Al_2O_3 is higher, the lower the porosity of sample permeability and anti erosion performance better, such as M85 samples. By 850 DEG C * 72h erosion experiment, erosion into black crucible samples, the reaction layer particles and matrix are erosion, erosion layer filled pores become more compact, material structure change, expansion coefficient between the metamorphic layer and the original brick layer heat become inconsistent in batch conditions, prone to layered peeling. At the same time, in the process of erosion, Aluminum Alloy The Zn element in the liquid vapor escaping from the alloy, in the transition layer. Enrichment of K_2CO_3 additive castable, using sodium citrate as reducing agent and FS20, the fluidity is best. K_2CO_3 is easy and high temperature metal Al and O_2 reaction of KAlO_2 and CO_2, the anti erosion properties of materials decreased using aluminum sol as binder, adding amount of low sample anti erosion properties increased slightly with the increase of addition amount, flowability variation, porosity increased, corrosion resistance decreased. With the increasing amount of BaSO_4, the apparent porosity of sample rate increases, the thermal conductivity decreases, the bulk density decreases cold and hot strength, reduce Al_2O_3 and SiO_2 reaction of barium feldspar BaSO_4 in the specimen with.900 C (BaAl2Si2O8) and barium rich liquid phase, reduce the content of SiO_2 in matrix and mullite materials, the anti erosion properties improved significantly. Without B ASO_4 when the sample rate is 5.10% crucible erosion, erosion after joining the 1.0%BaSO_4 crucible sample rate reduced to 3.75%, the addition amount of BaSO_4 was higher than 2%, the crucible samples without visible erosion. But when the amount of BaSO_4 2% generation high temperature barium rich liquid at room temperature and more, decrease the thermal strength of.BaSO_4 added a small quantity of material, the anti erosion ability is not improved, the best amount is BaSO_4 2%. with the increasing amount of H_3BO_3 castable samples changed yellow, H_3BO_3 content is 2%, the sample has become yellow, the surface crack width of 0.5mm, resulting in the sample porosity the amount of H_3BO_3 increases, strength decreased. After adding the anti erosion properties of crucible samples significantly enhanced, H_3BO_3 content is 0.1% and 0.2%, by 850 DEG C * 72h erosion experiment, the crucible samples without visible erosion. SEM images of the visible, at 1200 DEG C After the sample was Yucheng granular, B2O3 and Al_2O_3 reaction liquid and congruent melting compounds 9Al_2O_3 2B2O3, promote sintering and pore corundum particles between the B1 and B2 samples were filled with glass phase and tie together the amount of.H_3BO_3 is small (0.05%), the anti erosion properties of materials is poor; the large amount of H_3BO_3 added (0.2%) when the sample under high temperature (1200 DEG C) crack, affect the strength of the material. The results showed that the optimum amount of H_3BO_3 was 0.1%, the optimum processing temperature is 900 degrees centigrade.

【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG232;TQ175.732

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