1. Performanța și principalii factori de influență ai materialelor turnate din aluminiu și magneziu de înaltă puritate
Puritate ridicatăturnabile din aluminiu-magneziusunt dezvoltate pe baza de aluminiu și magneziu. Scopul este de a îmbunătăți rezistența la coroziune și performanța la temperatură ridicată a materialelor turnate din aluminiu, precum și rezistența la permeabilitate și stabilitatea la șocuri termice a materialelor turnate de magneziu. Punctul său de dozare se încadrează pe partea de aluminiu a diagramei de fază binară MgO-Al2O3. Componenta principală a materialului turnabil, Al2O3, reacționează cu MgO la temperatură ridicată pentru a forma spinel, însoțită de o expansiune de volum de aproximativ 7%. Pentru a suprima deteriorarea cauzată de acest stres de expansiune în timpul utilizării, studiul experimental a selectat două materii prime diferite, magnezia topită și spinelul magneziu-aluminiu, pentru a studia influența rezistenței materialului la zgură. Rezultatele arată că atunci când se adaugă o anumită cantitate de magnezie, materialul turnabil este lubrifiat într-o cantitate mică de fază lichidă, mai ales când este utilizat sub presiunea statică a oțelului topit, sinterizarea de reacție este avansată, iar corpul liber format din expansiunea spinelului devine mai compactă. Magnezia cu dimensiunea adecvată a particulelor poate face ca materialul turnabil să prezinte încă o ușoară expansiune la temperatură ridicată, să mențină integritatea și este, de asemenea, benefic pentru reducerea coroziunii. Cu toate acestea, cu cât dimensiunea critică a particulelor de magnezie sau cantitatea adăugată este mai grosieră depășește 4C, coroziunea tinde să crească datorită expansiunii excesive, degradării organizaționale și pătrunderii mai adânci a zgurii.
Spinelul presetizat este introdus pentru a înlocui magnezia topită. Studiul consideră că, cu cât conținutul de spinel este mai teoretic, cu atât este mai bună rezistența la coroziune a materialului turnabil, în timp ce adâncimea de penetrare a zgurii este cea mai mică atunci când conținutul de spinel este de 10% până la 30%, iar conținutul de spinel depășește 50% și crește cu creșterea conținutului de spinel. Dimensiunea particulelor de spinel cu distribuție uniformă a micropulberei este cea mai eficientă în blocarea decojirea structurală cauzată de pătrunderea zgurii. Studiul a constatat că componenta spinelului joacă un rol decisiv în rezistența la zgură a clincherului de spinel în sine și a turnabilului din spinel amestecat cu corindon. Conținutul ideal de MgO în spinel este de 3% până la 5%. Pudra de siliciu este, de asemenea, eficientă în inhibarea stresului de expansiune al spinelului. Studiile au arătat că la temperaturi scăzute, pulberea de siliciu și pulberea de MgO generează substanțe MSH, care pot preveni hidratarea periclazei, pot îmbunătăți fluiditatea materialelor modelabile și pot crește densitatea modelelor. La temperaturi ridicate, MSH se deshidratează și reacționează cu CaO pentru a genera produse cu punct de topire scăzut pentru a produce deformare plastică și pentru a absorbi stresul de expansiune la temperatură înaltă. Cu toate acestea, pe măsură ce cantitatea de pulbere de siliciu crește, cantitatea de fază lichidă generată la temperaturi ridicate crește, iar rezistența la fluaj la temperaturi înalte scade. În condițiile presiunii din oțel topit, materialul este predispus la suprasinterizare și crăpare, cu mai multe fisuri, fisuri mai largi și decojire mai profundă. Cimentul și pulberea de siliciu sunt utilizate în general ca liant compozit.
Pe scurt, aluminiu-spinel și aluminiu-magneziu au uniformitate organizatorică bună, rezistență la fluaj la temperaturi înalte, stabilitate la șoc termic și rezistență la eroziune și penetrare a zgurii. Principala diferență dintre cele două este că primul introduce spinelul pre-sintetizat, iar rezistența după arderea la diferite temperaturi este scăzută, rezistența la încovoiere la temperatură înaltă este mare, stabilitatea volumului este bună și rata de schimbare liniară este mică; acesta din urmă reacționează pentru a forma spinel atunci când este utilizat la temperatură ridicată, iar puterea după ardere la diferite temperaturi este mare, rezistența la fluaj la temperaturi înalte este puternică, densitatea este densă și rata de schimbare liniară este mare.
2. Deteriorarea materialelor turnate din aluminiu-magneziu de înaltă puritate
Piesele turnate din aluminiu-spinel și din aluminiu și magneziu sunt în esență același sistem la temperaturi ridicate, iar principalele faze de cristal sunt corindonul și spinelul bogat în aluminiu. Factorii care afectează rezistența la zgură a materialelor turnate sunt foarte complecși, cum ar fi tipul de oțel, compoziția zgurii, condițiile de topire etc., dar sunt controlați în principal de compoziția minerală și microstructura materialelor turnate. FeO și MnO din zgura capturată cu spinel bogat în aluminiu ocupă mai întâi locurile libere de cationi și înlocuiesc o parte din MgO pentru a forma o soluție solidă de spinel compozită cu o compoziție tipică de Mg0.7{0Mn{ {7}}.08Fe0.21Al2.00O4. Analiza sondei de electroni arată că solubilitatea solidă a Fe și Mn în spinelul cu granulație fină din aceeași zonă este aproximativ aceeași, în timp ce conținutul de elemente Fe și Mn la marginea particulelor de spinel mai mari este mult mai mare decât cel din interiorul particulele. Analiza chimică și analiza de difracție cu raze X a probelor după coroziunea zgurii arată, de asemenea, că constanta rețelei a spinelului scade treptat de la suprafața de lucru spre interior, ceea ce este în concordanță cu modificarea conținutului de Fe2O3 în fiecare strat. Pe măsură ce solubilitatea solidă a Fe2O3 în fiecare strat scade, constanta rețelei și intensitatea de difracție a spinelului devin mai aproape de spinelul stratului original. Corindonul absoarbe CaO în zgură pentru a genera minerale de aluminat de calciu și pentru a se solidifica. Observația la microscopul optic arată că există cercuri de reacție a aluminatului de calciu asemănătoare plăcilor pe marginile particulelor de corindon din stratul de penetrare a probei și există un număr mare de minerale CA6 asemănătoare unui ac în matrice. SiO2 promovează cristalizarea și creșterea CA6, ceea ce face porii mai fine și formează un strat de barieră mai dens. Zgura reziduală este bogată în SiO2 și devine vâscoasă și greu de pătruns. Spre deosebire de aluminiu-spinel, deși aluminiu-magneziu formează faze mai lichide la temperaturi ridicate, granulele de spinel nou formate de MgO și Al2O3 sunt fine, au multe defecte și au o mică constantă de rețea. SiO2 face spinelul mai fragmentat, promovează soluția solidă de Al2O3 în spinel și formează spinel bogat în aluminiu, cu o concentrație mai mare de defect de rețea. În plus, turnabilul este și mai dens, astfel încât rezistența la zgură, în special rezistența la pătrunderea zgurii, este superioară.
