根據(jù)出銅溝的工作環(huán)境及條件，要求出銅溝用澆注料必須具備以下性能：（1）具有較好的熱震穩(wěn)定性；（2）抗熔蝕與沖刷，且抗結構剝落；（3）具有適宜的膨脹性、抗?jié)B透性，且不粘銅液；（4）具有較低的氣孔率及較高的強度。針對使用要求，開發(fā)了高鋁—SiC質超低水泥澆注料。
1 實驗
實驗所用原料為特級礬土熟料（體積密度3.15g·cm-3）、碳化硅、硅微粉、燒結劑、高強度高鋁水泥，化學組成見表1、
將上述原料按一定的比例混勻后倒入模具，振動成型為40mmX40mmX160mm的條形試樣，分別經(jīng)1100℃3h、1300℃3h熱處理后，測定試驗抗折強度，耐壓強度和線變化率。
2 結果與討論
2.1 碳化硅加入量
碳化硅具有抗渣性優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)小、熱導率高、耐磨損性好等優(yōu)點。在高鋁質超低水泥澆注料中加入適量的碳化硅，可提高其抗銅液的侵蝕性及抗結構剝落性。加入SiC的試樣，隨著基質中碳化硅含量的增加，澆注料的耐壓強度出現(xiàn)先上升再下降的變化規(guī)律，燒后線變化率隨溫度升高，由收縮到膨脹，并隨SiC含量的增加而增大。這是因為隨著溫度不斷升高，SiC的氧化速度加快。
由于SiC抗氧化性差，800℃以上SiC被氧化而轉變?yōu)?/span>SiO2。SiC顆粒表面被氧化后形成一層SiO2膜，從而使內部的SiC不被氧化。隨溫度升高，一旦滿足SiO2保護膜與系統(tǒng)中AL2O3 反應生成莫來石的熱力學和動力學條件時，伴隨著莫來石的生成，保護膜破壞，內部SiC被氧化，但新的SiO2保護膜隨著形成，SiC的氧化被終止。該過程不斷重復進行，SiC加入量越多，莫來石的生成量也約多，伴隨莫來石的生成，膨脹效應也越大，當SiC含量適宜時,由于試樣內部氧化氣氛不足，SiC只是部分被氧化,少量SiO2和C的生成起到了填充和封閉氣孔的作用 ,使結構致密化 ,強度隨SiC含量的增加而提高。1100 ℃3 h 燒后線變化率由大到小，且為收縮。說明 1100 ℃時硅微粉、燒結劑已開始在基質部分發(fā)生液相燒結 ,SiC 雖然發(fā)生氧化 ,但氧化速度較小。因此 ,燒后線變化率為負值。澆注料結構的致密化及適當?shù)呐蛎浟?,可提高該澆注料的抗?jié)B透性與抗侵蝕性。但當SiC含量大于一定值后 ,SiC 氧化產(chǎn)生的氣體導致材料氣孔率增大 ,體積密度減小 ,延遲了燒結致密化進程 ,對強度發(fā)展是不利的。加入 SiC 的各試樣的1100 ℃、1300 ℃燒后強度都低于未加入 SiC 的試樣 ,也證明了這一觀點。
2.2 硅微粉加入量
硅微粉的加入可提高澆注料的常溫強度及中溫、高溫燒后強度 ,降低材料的顯氣孔率。硅微粉能有效降低 SiC 在高溫下的氧化速度 ,因為硅微粉不僅使 SiC 生成了硅質保護膜 ,而且硅微粉在高溫下比較容易燒結 ,使起保護作用的硅質層厚度增加。所以 ,硅微粉在 1000 ℃以上時具有抑制 SiC 氧化的保護效果。結果表明，SiC 加入量最佳時，加入適量硅微粉 ,試樣的各項性能最好 ,SiC 的氧化率最低。
2.3 燒結劑
出銅溫度在 1150～1300 ℃之間 ,此時一般澆注料的結合相正處于薄弱環(huán)節(jié) ,即沒有形成牢固的陶瓷結合 ,常出現(xiàn)被沖蝕的現(xiàn)象。為了提高澆注料的耐沖刷性及 SiC 的抗氧化性 ,應加入適當?shù)臒Y劑。為此 ,對燒結劑的種類和添加量進行了研究 ,結果表明 ,復合燒結劑加入量為 10 %時能獲得性能優(yōu)異的產(chǎn)品。
3 應用
根據(jù)上述實驗結果，高鋁- SiC質超低水泥澆注料在熔煉粗銅轉爐的出銅溝上進行工業(yè)試驗。使用壽命已達原鎂質搗打料的3倍以上，目前仍在繼續(xù)使用。從損毀情況看出，鎂質搗打料的損毀原因主要是受銅液的滲透與侵蝕，使原搗打料變質、結構疏松，受熱沖擊、機械沖擊后產(chǎn)生剝落。然后 ,新的料層又接近熔體，產(chǎn)生滲透與侵蝕，使原搗打料變質、結構疏松剝落 ,周而復始，直至不能使用。高鋁-SiC質超低水泥澆注料的損毀原因主要是表層氧化，然后掛渣，受熱沖擊而剝落。新的表層又氧化、掛渣、剝落 ,周而復始 ,最后損毀。由于該澆注料的抗氧化性能優(yōu)越 ,僅限于表層氧化 ,所以損毀速率比鎂質搗打料慢得多。