ปัจจัยที่ส่งผลต่อคุณสมบัติของหล่ออะลูมิเนียม-แมกนีเซียมที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับทัพพีและการวิเคราะห์ความเสียหาย

ขั้นตอนการทดลอง

ใช้คอรันดัมแบบตาราง คอรันดัมหลอม สปิเนลอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมเผา แมกนีเซียมผสม ผงไมโคร -Al2O3 ผงไมโครซิลิกา และซีเมนต์แคลเซียมอะลูมิเนตบริสุทธิ์ ฯลฯ อบแห้งที่ 110 องศา เผาที่ 1,000 องศา ×3 ชม. และ 1500 องศา ×3 ชม.
กำหนดความพรุนที่ปรากฏ ความหนาแน่นรวม กำลังรับแรงอัด กำลังดัด อัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้น และกำลังดัดเชิงความร้อน 1400 องศา ×1 ชม. ของตัวอย่างหลังการบำบัดที่อุณหภูมิต่างกันตาม GB ทดสอบอัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นของตัวอย่างภายใต้ภาระ ความดัน 0.196 MPa อัตราการให้ความร้อน 10 องศา/นาที อุณหภูมิสูงสุดคือ 1500 องศา และอุณหภูมิจะถูกเก็บไว้เป็นเวลา 3 ชั่วโมง การทดลองต้านทานตะกรันใช้วิธีการใส่ถ้วยใส่ตัวอย่าง และตะกรันสุดท้ายของคอนเวอร์เตอร์ (wCaO36.84 เปอร์เซ็นต์ , wSiO214.77 เปอร์เซ็นต์ , wAl2O328.17 เปอร์เซ็นต์ , wFeO7.95 เปอร์เซ็นต์ , wMnO4 .58 เปอร์เซ็นต์ ) 150 กรัม ใส่ลงในถ้วยใส่ตัวอย่าง และ หลังจากผ่านการบำบัดในเตาหลอมไฟฟ้าแบบแท่ง MoSi2 ที่ 1650 องศา ×3 ชม. ก็ถูกตัดไปตามระนาบกลางของถ้วยใส่ตัวอย่างเพื่อวัดการกัดกร่อนและความลึกของการซึมผ่านของถ้วยใส่ตัวอย่างด้วยตะกรัน การวิเคราะห์ทางเคมี, กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง, การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์, ตัวอย่างหลังจากการกัดกร่อนของตะกรันจะถูกวิเคราะห์โดยใช้โพรบอิเล็กทรอนิกส์

ผลลัพธ์และการวิเคราะห์

3.1 คุณสมบัติและปัจจัยที่มีอิทธิพลหลักของอะลูมิเนียมแมกนีเซียมหล่อที่มีความบริสุทธิ์สูง
อลูมิเนียมแมกนีเซียมหล่อที่มีความบริสุทธิ์สูงได้รับการพัฒนาโดยใช้อลูมิเนียมและแมกนีเซียมหล่อ จุดประสงค์คือเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงของอะลูมิเนียมหล่อ รวมถึงปรับปรุงความต้านทานการซึมผ่านและความเสถียรต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ จุดแบทช์ของมันอยู่ที่ด้านอะลูมิเนียมของไดอะแกรมเฟสไบนารี MgO-Al2O3
ส่วนประกอบหลักของ Al2O3 ที่หล่อได้จะทำปฏิกิริยากับ MgO เพื่อสร้างสปิเนลที่อุณหภูมิสูง พร้อมกับการขยายตัวของปริมาตรประมาณ 7 เปอร์เซ็นต์ เพื่อลดความเสียหายจากการหลุดลอกที่เกิดจากความเครียดจากการขยายตัวนี้ ได้มีการศึกษาผลกระทบของวัตถุดิบที่แตกต่างกันสองชนิด ได้แก่ แมกนีเซียมหลอมรวมและแมกนีเซียม-อลูมินาสปิเนล ต่อการต้านทานตะกรันของวัสดุ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อเติมแมกนีเซียจำนวนหนึ่ง สารหล่อจะถูกหล่อลื่นในเฟสของเหลวปริมาณเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้งาน จะต้องอยู่ภายใต้แรงดันไฮโดรสแตติกของเหล็กหลอมเหลว การเผาด้วยปฏิกิริยาจะก้าวหน้า และ การขยายตัวของสปิเนลที่หลวมได้รับการส่งเสริมให้มีความหนาแน่นมากขึ้น Magnesia สามารถทำให้ Castable ยังคงแสดงการขยายตัวในระดับจุลภาคที่อุณหภูมิสูง รักษาความสมบูรณ์ และยังเป็นประโยชน์ในการลดการสูญเสียการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ขนาดอนุภาคที่สำคัญของแมกนีเซียที่หยาบกว่า หรือการเพิ่มมากกว่า 4 องศาเซลเซียส การขยายตัวที่มากขึ้น การเสื่อมสภาพของโครงสร้าง การแทรกซึมของตะกรันที่ลึกขึ้น และแนวโน้มของการสูญเสียการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้น
การนำสปิเนลสำเร็จรูปมาสังเคราะห์เพื่อแทนที่แมกนีเซียที่หลอมละลาย การวิจัยเชื่อว่ายิ่งมีสปิเนลตามทฤษฎีมาก ความต้านทานการกัดกร่อนของชิ้นงานหล่อก็จะยิ่งดีขึ้น และความลึกของการซึมผ่านของตะกรันจะน้อยที่สุดเมื่อปริมาณสปิเนลอยู่ที่ 10 เปอร์เซ็นต์ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ , และปริมาณสปิเนลอยู่ที่ 10 เปอร์เซ็นต์ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเนื้อหาเกิน 50 เปอร์เซ็นต์ แสดงว่ามีแนวโน้มสูงขึ้นพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของสปิเนล ขนาดอนุภาคสปิเนลที่มีการกระจายตัวของผงละเอียดอย่างสม่ำเสมอมีประสิทธิภาพสูงสุดในการป้องกันการหลุดร่อนของโครงสร้างที่เกิดจากการแทรกซึมของตะกรัน การศึกษาพบว่าส่วนประกอบของสปิเนลมีบทบาทชี้ขาดในการต้านทานตะกรันของตัวสปิเนลปูนเม็ดเองและสปิเนลที่หล่อได้ผสมกับคอรันดัม และ MgO ในสปิเนลนั้นเหมาะสมที่สุดที่ 3 เปอร์เซ็นต์ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ ผงไมโครซิลิกายังมีประสิทธิภาพในการยับยั้งการก่อตัวของความเครียดในการขยายตัวของสปิเนล การศึกษาแสดงให้เห็นว่าที่อุณหภูมิต่ำ ผงไมโครซิลิคอนและผง MgO จะสร้างสาร MSH ซึ่งสามารถป้องกันการให้น้ำของเพอคลาส ปรับปรุงความลื่นไหลของชิ้นงานหล่อ และเพิ่มความหนาแน่นของชิ้นงานหล่อ ดูดซับความเครียดจากการขยายตัวที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม ปริมาณผงไมโครซิลิกอนที่เติมเพิ่มขึ้น การก่อตัวของเฟสของเหลวจะเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูง และความต้านทานการคืบที่อุณหภูมิสูงจะลดลง ดังที่แสดงในรูปที่ 2 วัสดุมีแนวโน้มที่จะเกิดการเผามากเกินไปและการแตกร้าวภายใต้แรงดันเหล็กหลอมเหลว เพิ่มขึ้น รอยแตกกว้างขึ้น และการหลุดร่อนลึกขึ้น โดยทั่วไปจะใช้สารประสานผสมซีเมนต์และซิลิกาฟูม
ปริมาณที่เหมาะสมของซีเมนต์ไฮเดรตอะลูมินาสูงจะถูกทำให้แห้งเพื่อสร้างชุดสารที่มีฤทธิ์สูงของ CA ซึ่งง่ายต่อการทำปฏิกิริยาทางเคมีกับผง Al2O3 ที่เพิ่มจากประมาณ 1,000 องศา
โดยสรุปแล้ว ทั้ง Al-spinel castable และ Al-Mg castable มีความสม่ำเสมอของโครงสร้างจุลภาคที่ดี ทนต่อการคืบที่อุณหภูมิสูง เสถียรภาพต่อแรงกระแทกจากความร้อน และความต้านทานต่อการกัดกร่อนและการซึมผ่านของตะกรัน ข้อแตกต่างหลักระหว่างทั้งสองคือ สปิเนลก่อนสังเคราะห์ซึ่งมีความแข็งแรงต่ำหลังจากเผาที่อุณหภูมิต่างกัน มีความแข็งแรงดัดโค้งที่อุณหภูมิสูง ความคงตัวของปริมาตรที่ดี และอัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นเล็กน้อย หลังทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างสปิเนลเมื่อใช้ที่อุณหภูมิสูง และแตกต่างกัน มีความแข็งแรงสูงหลังการเผาที่อุณหภูมิสูง ต้านทานการคืบที่อุณหภูมิสูง ความแน่น และอัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นขนาดใหญ่
3.2 ความเสียหายของอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมหล่อที่มีความบริสุทธิ์สูง
อะลูมิเนียม-สปิเนลที่หล่อได้และอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมที่หล่อได้เป็นระบบเดียวกันที่อุณหภูมิสูง และเฟสผลึกหลักคือคอรันดัมและสปิเนลที่อุดมด้วยอะลูมิเนียม ปัจจัยที่ส่งผลต่อการต้านทานต่อตะกรันของเหล็กหล่อมีความซับซ้อนมาก เช่น เกรดเหล็ก องค์ประกอบของตะกรัน สภาพการหลอม ฯลฯ แต่ปัจจัยเหล่านี้จะถูกควบคุมโดยองค์ประกอบแร่และโครงสร้างจุลภาคของเหล็กหล่อเป็นหลัก FeO และ MnO ของตะกรันจับสปิเนลที่อุดมด้วยอะลูมิเนียมจะครอบครองรูไอออนบวกก่อน และแทนที่ส่วนหนึ่งของ MgO เพื่อสร้างสารละลายของแข็งสปิเนลที่มีส่วนประกอบทั่วไปคือ Mg0.70Mn 0.08Fe0.21Al2.00O4. การวิเคราะห์อิเลคตรอนโพรบแสดงให้เห็นว่าในบริเวณเดียวกัน ความสามารถในการละลายที่เป็นของแข็งของ Fe และ Mn ในสปิเนลของอนุภาคนั้นใกล้เคียงกัน ในขณะที่เนื้อหาขององค์ประกอบ Fe และ Mn ในขอบของอนุภาคสปิเนลขนาดใหญ่นั้นสูงกว่าใน ภายในของอนุภาค การวิเคราะห์ยังแสดงให้เห็นว่าค่าคงที่ขัดแตะของสปิเนลค่อยๆ ลดลงจากด้านข้างของหน้างานเข้าไปด้านใน ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาณ Fe2O3 ในแต่ละชั้น มีความแข็งแรงใกล้เคียงกับสปิเนลของชั้นเดิม
คอรันดัมดูดซับ CaO ในตะกรันเพื่อสร้างแร่ธาตุแคลเซียมอะลูมิเนตและแข็งตัว การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์แสดงให้เห็นว่ามีวงกลมปฏิกิริยาแคลเซียมอะลูมิเนตที่ขอบของอนุภาคคอรันดัมในชั้นที่ซึมผ่านได้ของตัวอย่าง และมีแร่ธาตุ CA6 ที่มีลักษณะคล้ายเข็มจำนวนมากในเมทริกซ์ SiO2 ส่งเสริม CA6 เมื่อคริสตัลโตขึ้น รูพรุนจะละเอียดขึ้น สร้างชั้นกั้นที่หนาแน่นขึ้น และตะกรันที่ตกค้างจะอุดมไปด้วย SiO2 และจะมีความหนืดและยากต่อการซึมผ่าน
แตกต่างจากอะลูมิเนียม-สปิเนลที่หล่อได้ แม้ว่าอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมที่หล่อได้จะมีสถานะเป็นของเหลวมากกว่าที่อุณหภูมิสูง แต่สปิเนลที่เกิดขึ้นใหม่จากปฏิกิริยาของ MgO และ Al2O3 มีเกรนละเอียด ข้อบกพร่องมากมาย และค่าคงที่ของโครงตาข่ายขนาดเล็ก สปิเนลถูกแบ่งละเอียดมากขึ้น ซึ่งส่งเสริมสารละลายที่เป็นของแข็งของ Al2O3 เข้าไปในสปิเนล ก่อตัวเป็นสปิเนลที่อุดมด้วยอะลูมิเนียมซึ่งมีข้อบกพร่องขัดแตะที่เข้มข้นมากขึ้น และแบบหล่อได้ก็มีความหนาแน่นมากขึ้นด้วย ดังนั้นความต้านทานต่อตะกรันโดยเฉพาะความต้านทานต่อความสามารถในการซึมผ่านของตะกรันจึงดีกว่า การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์แสดงให้เห็นว่าเม็ดสปิเนลคอมโพสิตในชั้นที่เปลี่ยนแปลงของตัวอย่างได้รับการพัฒนาอย่างสมบูรณ์และเป็นยูฮีดรัล โดยมีขนาดเกรนประมาณ 15-40 มม. และบางส่วนมีขนาดถึง 120 มม. ความสามารถในการละลายที่เป็นของแข็งของ FeO และ MnO ในสปิเนลนั้นเพิ่มขึ้นอย่างมาก องค์ประกอบ Mg0.68Mn0.17Fe0.47Al1.79O4

สรุปแล้ว

(1) การเลือกปริมาณการผสมที่เหมาะสมของสปิเนล แมกนีเซีย ซิลิกาไมโครพาวเดอร์ และซีเมนต์ และการควบคุมโครงสร้างจุลภาคในอุดมคติเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้อะลูมิเนียม-แมกนีเซียมหล่อที่มีความบริสุทธิ์สูงพร้อมประสิทธิภาพที่มั่นคง
(2) แม้ว่าวัสดุหล่อ Al-Mg ที่มีความบริสุทธิ์สูงที่พัฒนาขึ้นจะมีคุณสมบัติแตกต่างกัน แต่ทั้งหมดมีความสม่ำเสมอของโครงสร้างจุลภาคที่ดี ทนต่อการคืบที่อุณหภูมิสูง ความเสถียรต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และการกัดกร่อนของตะกรันและการเจาะทะลุ
(3) กลไกป้องกันตะกรันของอลูมิเนียมแมกนีเซียมหล่อบริสุทธิ์สูง: Spinel จับ FeO และ MnO ในตะกรันเพื่อครอบครองรูไอออนบวก แทนที่ MgO เพื่อสร้างสปิเนลคอมโพสิต คอรันดัมดูดซับ CaO เพื่อสร้าง CA2, CA6, SiO6 ส่งเสริมผลึก CA6 ธัญพืชจะเติบโตขึ้นเพื่อสร้างชั้นกั้นที่หนาแน่นขึ้น และตะกรันที่ตกค้างนั้นอุดมไปด้วย SiO2 และหนาขึ้น จึงช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการซึมผ่านของตะกรันและการสึกกร่อน เนื่องจากปฏิกิริยาของ MgO และ Al2O3 สปิเนลที่เกิดขึ้นใหม่ในอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมที่หล่อได้จึงมีเม็ดละเอียดและข้อบกพร่องมากมาย สปิเนลอะลูมิเนียมจึงมีความทนทานต่อการเกิดตะกรันได้ดีกว่าอะลูมิเนียมสปิเนลที่หล่อได้