钛铝酸钙加入量对铝镁浇注料性能的影响
发布日期： 2020-08-03 10:06:35 阅读量（436） 作者：钛铝酸钙是在钛铁合金的冶炼过程中产生的副产品，通过对现有钛铁合金冶炼过程中排出的“渣” 即钛铝酸钙的化学成分及物相组成的分析， 这类 “渣”实际上是一种以钛铝酸钙、六铝酸钙为主，二铝酸钙及钛酸钙为副的高熔点复相材料，其耐火度可达 1 790 ℃以上， 在高温工业应该有很好的利用价值。 综合利用、消耗废渣及尾矿是目前国家产业政策的导向。 本试验中，拟在钢包铝镁浇注料中加入钛铝酸钙等量替代其中的高铝骨料，研究钛铝酸钙加入量对钢包铝镁浇注料性能影响。
1 试验
1.1 原料
试验所用原料有：A85 高铝矾土(8～5 mm、5～3 mm、 3～1 mm、≤1 mm、≤0.045 mm)、钛铝酸钙(5～3 mm、 3～1 mm)、96 烧结镁砂 200 目、 氧化铝微粉、92 硅灰、减水剂等。 A85 高铝矾土及钛铝酸钙的主要化学组成见表 1，钛铝酸钙 XRD 图谱见图 1，其主要物相为 Ca((Al0.84Ti0.16)2)6O19 和 CaAl12O19(CA6)，次晶相为CaAl4O7 (CA2)、α-Al2O3，还有少量的 CaTiO3 和金红石相。
表 1 主要的原料化学组成
图 1 原料钛铝酸钙原料的 XRD 图谱
1.2 试验过程
表 2 为试样的配料表。 按照表 2 进行配料并干混均匀，在砂浆搅拌机中加水搅拌均匀，振动成型，制成尺寸为 40 mm×40 mm×160 mm 的长方条试样及 70 mm×70 mm×70 mm、 内孔尺寸为 Φ30 mm×35 mm 的干锅试样，在室温条件下养护 24 h 脱模。 然后在 110 ℃干燥 24 h，分别经 110 ℃×24 h，1 000 ℃×3 h，1 500 ℃×3 h 热处理。
表 2 试样配比
1.3 性能检测
按照 YB/T 5201-1993 测量干燥后、烧成后样条的抗折、耐压强度;按 YB/T 5200-1993 测量干燥后、烧成后样条的显气孔率、体积密度;按 YB/T 5203-1993 检测试样在 1 200 ℃和 1 550 ℃保温 3 h 热处理后的线变化率。
在干燥后的坩埚试样的内孔中加入 40 g 的钢包渣，在 1 550 ℃处理 3 h 后，自然降温至常温后，沿最大径切开，测量其侵蚀面积和渗透面积，计算试样的侵蚀指数和渗透指数(2#~6# 试样的侵蚀(渗透)面积/1# 试样的侵蚀(渗透)面积×100%)。 钢包渣的化学成分见表 3。
表 3 钢包渣化学组成
2 结果与讨论
2.1 体积密度和气孔率
钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料显气孔率、 体积密度的影响如图 2、 图 3 所示。 可以看出110 ℃×24 h 干燥后试样的气孔率和体积密度均差别不大，显气孔率在 17%～18%的范围内，体积密度2.84左右。
图 2 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料显气孔率的影响图
图 3 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料体积密度的影响图
当经过1 500 ℃保温 3 h 热处理后，在替代率为60%时，试样的显气孔率最小，体积密度最大。 这是因为适量的钛铝酸钙加入可以促进烧结， 提高材料的致密性;同时，随着温度的升高，钛铝酸钙所含的CA2 相与试样的刚玉相反应生成 CA6，伴随着体积膨胀，挤压试样内部气孔，从而降低试样气孔率，提高体积密度。当替代率超过 60%之后，过量的液相可能导致试样内部产生裂纹， 物相反应导致体积膨胀过大，使得气孔率升高，体积密度减小。
2.2 重烧线变化率
钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料重烧线变化率的影响如图 4 所示。 1 200 ℃保温 3 h 后的试样均发生膨胀，并且随着钛铝酸钙替代率的增大，试样的线变化率增大。1 550 ℃保温 3 h 后的试样先收缩，当替代率≥60%的时候开始膨胀，在 60%时线变化率为+0.12%， 试样的微膨胀可以提高试样的致密性，从而有利于提升其强度性能及抗渣性能等。
图 4 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料重烧线变化率的影响图
2.3 常温强度
钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料常温抗折、耐压强度的影响如图 5、图 6 所示。 可以看出，常温抗折及耐压强度呈现先降低再升高然后再降低的趋势，并且在替代率为 60%的时候，除常温耐压强度外，其他强度指标均达到最大值。
图 5 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料抗折强度的影响图
图 6 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料耐压强度的影响图
2.4 抗渣性
抗渣试验后的试样沿最大径切开的剖面如图 7所示，试样的渣侵蚀指数及渣渗透指数如表 4 所示。
图 7 钛铝酸钙对高铝矾土替代率对浇注料抗渣性的影响图
表 4 试样的抗渣性能
3 结论
(1)随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，试样经 1 550 ℃保温 3 h 处理后的显气孔率先减小再增大，体积密度先增大再减小，在替代率为 60%时气孔率最小，体积密度最大。
(2)随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，试样经 1 200 ℃保温 3 h 处理后的膨胀率逐渐增大;试样经 1 550 ℃保温 3 h 处理后先收缩，在替代率为60%时开始膨胀。
(3)随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，常温抗折及耐压强度呈现先降低再升高然后再降低的趋势，并且在替代率为 60%的时候，除常温耐压强度外，其他强度指标均达到最大值。
(4)随着钛铝酸钙对高铝矾土替代率的增加，试样抗渣侵蚀和抗渣渗透性能均变差。 在钛铝酸钙替代率为 60%时，抗渣性稍有回升趋势，再继续提高替代率，抗渣性有明显下降。
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