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抗剥落高铝砖中添加ZrO2的化学作用

3月,29,2021

高铝砖生产中加入一定量的ZrSiO4可以提高材料的整体抗热震性能,即我们所说的抗剥落性能。高铝砖在使用过程中会受到窑炉的启停和正常生产后的温度变化,必然会对高铝砖造成一定的冷压冲击,导致高铝砖表面开裂,最终脱层剥落。因此,在后来的生产技术中加入一定量的原料ZrSiO4可以增强韧性,提高高高铝砖的抗剥落性。

耐火砖

M-Zr02和T-Zr02之间的晶型变化属于位移性变化,具有马氏体相变的特点,伴随着较大的体积效应(约5%)。也就是说,加热时(m→t)会产生体积收缩,冷却时(t→m)会产生体积膨胀。

锆石ZrSiO4提高高铝砖制品抗热震性能的原因在于高温下基质发生以下反应,产生t-ZrO2(四方Zr02),四方Zr02在制品冷却过程中发生向m-Zr02(单斜Zr02)的变化,对提高制品抗热震性能起着重要作用:

具体来说,锆英石材料的抗热震性能的提高来源于t-ZrO2向m-Zr02的相变。ZrO2相变增韧机制包括两个方面:一是相变本身削弱了主裂纹尖端附件的应力场,从而暂停裂纹扩展,即在母相基质中引入稳定的四方ZrO2后,当温度降低到四方ZrO2的确相变温度以下时,应产生转化为单斜ZrO2的相变,并伴随着相变自由能△G相变。然而,由于四方ZrO2埋在母相基质中,相变时的体积膨胀会导致母相基体反过来对其产生压应力,形成阻止相变的弹性应变能,其值相当于1/2Eδ(E为弹性模量,ρ为伴随相变的应变值)。当1/2Eδ2>△G相变时,相变不会发生。当基体承受一张力时,基体原有裂纹尖端附近必然是一个集中的张应力区,导致主裂纹尖端附近的张应力区,从而导致主裂纹的主裂纹延伸应力区,从而导致主裂纹延伸。

改rSiO4改善高铝砖制品的机理是在高温下分解形成一定量的t-ZrO2,t-ZrO2在应力诱导下发生相m-Zr02的变化。该相本身和该相变引起的裂纹,一方面产生新的裂纹表面吸收能量,另一方面相变粒子引起的体积膨胀也会对主裂纹产生压力应力,阻碍扩因此,可以提高高铝砖的抗剥落性。

一氧化碳侵蚀高铝砖。

低温<700℃时,首先发生鲍多尔德反应,氧化碳在高铝砖表面和内部(通过气孔进入)分解,导致沉碳。然后,当温度>614℃时,莫来石在碳的还原作用下分解。高铝砖经CO腐蚀后,其化学成分中的AL2O3和SiO2含量以及矿物成分中的莫来石、刚玉和玻璃含量与腐蚀前相比发生了变化。也就是说,与未腐蚀样品相比,腐蚀样品的AL2O3含量增加,SiO2含量减少:莫来石和玻璃含量减少,刚玉含量增加,方石英相也出现。与未腐蚀样品的表面和中心部分相比,表面的SiO2含量较低,AL2O3含量较高;中心部分的莫来石和玻璃含量较高,但刚玉含量较低。可以推断,在强还原气氛下,高铝砖产品中的莫来石被分解,导致刚玉和SiO2的气孔含量相对增加,SiO2含量也相对增加。

在1300℃的埋碳保温处理中,对于高铝砖产品,侵蚀反应主要是莫来石和玻璃中的Si02被恢复为SiO气相;对于高铁含量的高铝砖产品,除Si02被恢复为SiO外,还包括Fe2O3被恢复为FeO和Fe304,然后FeO和AL2O3反应形成铁铝尖晶石,Fe304继续恢复为金属铁。

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