通常认为,在滑板材料中加入Al、Si等金属元素,可以有效地提高滑板的耐侵蚀性和抗氧化性。然而,在滑板耐火材料中加入过多的金属组分,会使热膨胀率升高和弹性模量增大,从而导致抗热震性能的下降。因此,热震导致滑板材料损毁,如裂纹生成或孔边缘剥落等,尤其是具有大直径内孔的大尺寸滑板,在钢水高速流动时更为突出。为了抑制大尺寸滑板热震损毁,日本黑崎播磨公司从滑板的结构和材料方面研制了一种新型复合板。新开发的滑板结构示意图如图1所示。
图1 复合滑板结构示意图
黑崎播磨公司在椭圆环处采用新开发的高铝含量的新型材料C,复合滑板外围基体采用不加铝的烧成材料D,中间夹一层厚1 mm的火泥层,以缓冲应力,制备成复合滑板,与利用材料A和改性型材料B制成的普通整体滑板在进行工业化对比试验,A、B、C|、D的理化性能指标如表1所示。试验结果表明:与传统普通整体滑板(A和B)相比,复合滑板内孔边缘附近的损伤值降低,三种滑板中最小;复合滑板孔边缘侵蚀率比材料A制成的传统整体结构滑板改进大约40%,比材料B制成的整体结构滑板改进约20%。在实际使用中比传统的整体结构滑板具有更好的耐腐蚀、耐磨性能,孔边损伤小,表面光滑,运行稳定,稳定性高。
表1 试样的理化性能指标
材料 |
A |
B |
C |
D |
|
整体结构 |
复合结构 |
||
传统 |
改进 |
椭圆环 |
外层 |
|
w(Al2O3)/% |
76.0 |
80.0 |
86.0 |
90.0 |
w(ZrO2)/% |
6.0 |
10.0 |
6.0 |
- |
w(SiO2)/% |
7.5 |
4.0 |
2.0 |
4.0 |
w(F.C)/% |
5.5 |
4.0 |
4.0 |
4.0 |
w(Al)/%(1<a<5) |
- |
a |
2a |
- |
体积密度/g·cm-3 |
3.33 |
3.39 |
3.46 |
3.28 |
显气孔率/% |
6.5 |
5.5 |
5.0 |
9.0 |
抗折强度/MPa |
35 |
20 |
36 |
30 |
抗折强度(1400 ℃)/MPa |
16 |
20 |
26 |
10 |
弹性模量/GPa |
65 |
52 |
84 |
72 |
热膨胀率(1500 ℃)/% |
1.04 |
1.00 |
1.15 |
1.12 |
侵蚀指数(C/A=1) |
100 |
90 |
75 |
90 |