利用金属硅粉提高铁沟浇注料的抗氧化性能

为改善出铁沟浇注料的抗氧化性能，除了提高浇注料的致密度之外,还需要加入防氧化剂。金属硅粉又称工业硅粉，高温下与碳反应形成碳化硅，优先于碳被氧化，形成一层保护膜，从而减缓浇注料的氧化。本研究探讨金属硅粉为加入量对Al2O3-SiC-C铁沟料性能特别是抗氧化性能的影响。

1.试验原料

试验使用的主要原料包括：电熔棕刚玉(Al2O3：95.82%)，碳化硅，α-Al2O3微粉(D50=1.08μm)，白刚玉粉(粒径=0.mm),硅微粉(SiO2：96.98%)，球状沥青，纯铝酸钙水泥。

2.试样制备

按表1配比准确称料，将配好的原料在搅拌机内干混5min,再加水湿混3min，搅拌均匀,振动台振动成型为40mm×40mm×mm长条试样和70mm×70mm×70mm方样(中间留直径30mm、深30mm的小孔作为坩埚)。试样常温下养护24h后脱模，经℃×24h烘干后，长条试样分别加热至、℃,保温3h，电炉烧成;拼埚试样装25g某钢厂高炉铁渣，以℃×3h于电炉中用静态坩埚法做抗渣试验。铁渣成分(%):Al2O3：17.56,Fe2O3：0.71，CaO：40.16,MgO：8.24，SiO2：30.06。

表1试样配比(质量分数)%

3.试样检测

按照YB/T—()标准要求检测试样的显气孔率和体积密度、常温抗折强度、线变化率等，由于℃×3h烧成后试样断面颜色一致，无法区别，为了比较抗氧化性，用℃×3h烧后试样进行了抗氧化分析，℃×3h烧后试样测试抗折强度后,对试样断面进行抗氧化分析;抗瘡试样从中间切开，使用量尺等方法对抗渣侵蚀试样进行测量分析。

1.金属硅粉对物理性能的影响

金属硅粉加入量对℃×3h烧后铁沟料试样的线变化率、体积密度以及气孔率的影响如图1所示。

图1金属硅粉加入量对℃×3h烧后试样线变化率、体积密度以及气孔率的影响

由图1可知,在金属硅粉加入量为1%?4%时，试样的线变化呈逐渐减小的趋势，4%时最小，随后又变大;体积密度在金属硅粉加入量为1%?2%时逐渐上升，2%时达到最高，随后下降，在3%?5%时基本未变化;而气孔率则随着金属硅粉的增加一直呈下降的趋势。这是因为随着金属硅粉的增加,Si与O2反应生成的SiO2逐渐增多，使得线变化减小，生成物堵塞气孔，从而又使得气孔率逐渐降低。

2.金属硅粉对强度的影响

金属硅粉加入量对试样抗折强度的影响见图2。由图2可以看出，经℃×24h和℃×3h热处理后，试样的抗折强度随金属硅粉加入量的增加逐渐增加。

3.金属硅粉对抗氣化性能的影响

金属硅粉对铁沟料试样抗氧化性的影响见图3。

图3不同金属硅粉加入量试样断面抗氧化情况

从图3断面照片看：中间颜色较深的部位为C未被氧化或氧化较轻的部分，中间部分的面积随着金属硅粉加入量的增加而逐渐增大，说明在试验范围内试样经过℃×3h处理的抗氧化性随着金属硅粉加入量的增加而提高。

金属硅粉作为防氧化剂的反应机制如下：

试样在烧成过程中，首先经过C被氧化成CO(g)的过程,CO遇金属Si反应生成SiO(g)并使CO还原为C,所以随着金属硅粉加入量的增加，相同时间内，试样中被还原出的C越多，而同时反应所生成的SiO2量也越多，而SiO2为液相，可以堵塞气孔，使致密度提高。故从断面看，随着金属硅粉加入量的增加，断面中间深色面积越大，说明其抗氧化性增强。

4.金属硅粉对抗渣侵蚀的影响

金属硅粉加入量对铁沟料试样抗渣侵蚀性能的影响见图4。

图4不同硅粉加入量试样抗渣侵蚀情况

通过量尺法，对试样的侧面侵蚀最严重位置进行测量，可以发现试样中金属硅粉含量从1%~5%时，试样侧部侵蚀厚度分别为:3、2、2、3、4mm,即金属硅粉加入量在2%和3%时，试样抗渣侵蚀性能最好。由于金属硅价格较高,从材料性价比上考虑，确定金属硅粉加入量为2%。

分析认为：铁沟料中加入金属硅粉后,产生两种效应,一种是试样的抗氧化性随着金属硅粉加入量的增加而提高，其抗渣性能也随之提高;另一种是随着金属硅粉加入量增加，试样基质中Al2O3的含量降低，试样的抗渣性能相对下降。在加入量为1%和2%时，第一种效应大于第二种，即试样抗渣性能提高;在加入量为2%和3%时，两种效应趋于平衡，即抗渣性能基本一致;在加入量为3%、4%和5%时，第二种效应大于第一种，即试样抗渣性能下降。因此，综合考虑金属硅粉加入量以2%为宜。

1、在Al2O3-SiC-C铁沟浇注料中加入金属硅粉，经热处理后试样随金属硅粉加入量的增加，线变化逐渐降低,体积密度升高，气孔率逐渐降低,其抗折强度呈逐渐增强的趋势。

2、金属硅粉加入量从1%至5%时试样经过℃×3h热处理的抗氧化性随着金属硅粉加入量的增加而提高。

3、试样经℃×3h抗渣试验后分析，金属硅粉加入量在2%和3%时，抗渣侵蚀性能最好。

4、综合考虑，在Al2O3-SiC-C铁沟浇注料中，加入2%金属硅粉最为适宜。