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碳化硅具有耐腐蝕、耐高溫、強度大、導(dǎo)熱性能良好、抗沖擊等特性，廣泛應(yīng)用于陶瓷、耐材、冶金等高溫行業(yè)。對于上述行業(yè)工業(yè)爐窯常用的水泥結(jié)合的高強耐磨自流澆注料來說，因其使用部位大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境惡劣，需要材料具備較好的強度、自流性及耐磨性能。因此，在進(jìn)行高強耐磨自流澆注料配方設(shè)計時，除控制骨粉料結(jié)構(gòu)確保澆注料強度及流動性外，還通過加入適量碳化硅來提升澆注料的耐磨性能及抗沖刷性能。而如何控制碳化硅的顆粒形態(tài)及加入量就成為了本課題研究重點。

試驗方案

1.1  原料選擇
本課題選用山西孝義GL-85鋁礬土、α-Al?O?微粉、92#硅微粉、Secar-68鋁酸鹽水泥、90黑碳化硅(SiC≥90%，F(xiàn)e?O?≤2.0%，體積密度≥3.2g/cm3)、97碳化硅以及適量減水劑和緩凝劑。
1.2  試驗過程

通過試驗比對，在確保耐磨澆注料自流性的的前提下，設(shè)計基礎(chǔ)配比如下表1。按要求完成配料，澆注成型為160mm×40mm×40mm試樣，分別進(jìn)行110℃×24h烘干、1100℃×3h和1400℃×3h熱處理后，分別檢測試樣抗折強度、耐壓強度、燒后線變化率以及耐磨值，并用“跳桌法”觀察流動性。因碳化硅不同溫度下反應(yīng)復(fù)雜，其體積密度變化與碳化硅粒徑變化不成規(guī)律，故本課題不對比體積密度變化。

表1 試驗基礎(chǔ)配比(wt%)

結(jié)果分析
2.1碳化硅粒度對澆注料性能的影響
本試驗碳化硅分別以3~1mm、1~0mm和180目加入，比較1#(3~1mm15%)、2#(1~0mm15%)、3#(1~0mm10%和180目5%)、4#(1~0mm5%和180目10%)、5#(180目15%)時澆注料性能變化。

圖1 不同碳化硅顆粒對澆注料性能的影響
從圖1可看出，110℃烘干后，隨著碳化硅粒度減小，澆注料線變化率減小，耐磨值增大，耐磨性降低，抗折和耐壓強度先增大后減小，這主要是由于碳化硅具有瘠水性，能增強顆粒間密實度，粒度越小，澆注料加水量越小，結(jié)構(gòu)更致密，而大顆粒碳化硅較細(xì)粉更耐磨;1100℃熱處理后，碳化硅性能疲弱，粒度變化對線收縮影響不明顯，隨著碳化硅粒度減小抗折和耐壓緩慢增加，耐磨性能變化趨勢不改變;溫度升至1400℃后，碳化硅粒度越小，澆注料燒結(jié)越充分，其結(jié)構(gòu)越致密，使得線變化率減小，結(jié)構(gòu)強度相應(yīng)增大，但碳化硅粒徑過小，其氧化程度加劇，過量液相產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)強度反而降低;同時，高溫液相能促進(jìn)試樣燒結(jié)，緩和碳化硅粒度對材料耐磨性的影響，導(dǎo)致耐磨值變化不大。

綜上，碳化硅顆粒1~0mm和180目比例為1：2時，此系列澆注料綜合性能最理想。

2.2 碳化硅加入量對澆注料性能的影響
本試驗碳化硅采用1~0mm、180目顆粒按1：2比列加入，比較碳化硅合計加入量分別為10%、15%、20%、25%、30%時澆注料綜合性能的變化。

圖2  不同碳化硅加入量對澆注料性能的影響
從圖2可看出，隨著碳化硅加入量增加，澆注料加水量增大、和易性變差。110℃干燥后，碳化硅未發(fā)生水化反應(yīng)，澆注料線收縮增大，早期結(jié)構(gòu)強度差且呈先升后降趨勢，耐磨性先增大后減小;1100℃時，澆注料難于燒結(jié)，致密化程度不高，顆粒間結(jié)合力不大，耐磨性略有降低，強度變化不明顯;繼續(xù)升溫至1400℃，隨著碳化硅的增加，試樣由收縮變?yōu)榕蛎洸⒅鸩皆龃?，部分SiC被氧化為Al?O?與細(xì)的Al?O?反應(yīng)生成莫來石相，SiO?和莫來石沉積在空隙中二次結(jié)合使材料結(jié)構(gòu)更加致密，機械強度顯著升高，耐磨性逐步增大，當(dāng)碳化硅加入量為20%時其抗折、耐壓強度達(dá)到最高值，但碳化硅加入量繼續(xù)增加，高溫下在澆注料表面形成較多的液相，結(jié)構(gòu)強度下降?？紤]該澆注料的綜合性能及性價比，確定碳化硅加入量為20%最適宜。

應(yīng)用

本課題研發(fā)的高強耐磨自流澆注料自2014年7月開始先后在云南昆鋼水泥建材集團、云南昆鋼重裝集團和云南銅業(yè)西南精煉廠等企業(yè)工業(yè)爐窯上進(jìn)行了應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有較好的施工和使用性能，平均使用壽命8個月以上，滿足不同工業(yè)爐窯使用需求。