1. 高純度アルミニウムマグネシウムキャスタブルの性能と主な影響要因
高純度アルミニウムマグネシウム鋳造品アルミニウムとマグネシウムのキャスタブルをベースに開発されています。その目的は、アルミニウムキャスタブルの耐食性と高温性能、およびマグネシウムキャスタブルの耐透過性と熱衝撃安定性を向上させることです。そのバッチポイントは、MgO-Al2O3の二元状態図のアルミニウム側にあります。キャスタブルの主成分であるAl2O3は、高温でMgOと反応してスピネルを形成し、約7％の体積膨張を伴います。使用中にこの膨張応力によって引き起こされる剥離損傷を抑制するために、実験研究では、溶融マグネシアとマグネシウム-アルミニウムスピネルという2つの異なる原料を選択し、材料のスラグ耐性への影響を研究しました。結果は、一定量のマグネシアを添加すると、キャスタブルが少量の液相で潤滑され、特に溶鋼の静圧下で使用すると、反応焼結が促進され、スピネルの膨張によって形成されたルーズボディがよりコンパクトになることを示しました。適切な粒径のマグネシアは、キャスタブルが高温でもわずかに膨張し、完全性を維持し、腐食を軽減する効果もあります。ただし、マグネシアの臨界粒径が粗いほど、または添加量が 4C を超えると、過度の膨張、組織劣化、スラグの浸透が深くなるため、腐食が増加する傾向があります。
合成済みスピネルは、溶融マグネシアの代替として導入されています。この研究では、理論的なスピネル含有量が多いほど、キャスタブルの耐食性が向上すると考えられていますが、スピネル含有量が10％から30％のときにスラグ浸透深さが最も小さく、スピネル含有量が50％を超えると、スピネル含有量の増加とともに増加します。均一に分布したマイクロパウダーを備えたスピネル粒子サイズは、スラグ浸透による構造剥離をブロックするのに最も効果的です。この研究では、スピネル成分がスピネルクリンカー自体とスピネルとコランダムを混合したキャスタブルのスラグ耐性に決定的な役割を果たしていることがわかった。スピネルの理想的なMgO含有量は3％から5％です。シリコンパウダーもスピネルの膨張応力を抑制するのに効果的です。研究によると、低温ではシリコンパウダーとMgOパウダーがMSH物質を生成し、ペリクレースの水和を防ぎ、キャスタブルの流動性を向上させ、キャスタブルの密度を高めることができます。高温では、MSHは脱水してCaOと反応し、低融点生成物を生成して塑性変形を起こし、高温膨張応力を吸収します。しかし、シリコン粉末の量が増えると、高温で生成される液相の量が増え、高温クリープ抵抗が低下します。溶鋼圧力の条件下では、材料は過焼結と割れを起こしやすく、亀裂が多くなり、亀裂が広くなり、剥離が深くなります。セメントとシリコン粉末は、通常、複合バインダーとして使用されます。
要するに、アルミニウムスピネルキャスタブルとアルミニウムマグネシウムキャスタブルは、組織の均一性、高温クリープ耐性、熱衝撃安定性、スラグ侵食および浸透耐性が良好です。 両者の主な違いは、前者は事前に合成されたスピネルを導入し、異なる温度で焼成した後の強度が低く、高温曲げ強度が大きく、体積安定性が良好で、線形変化率が小さいことです。後者は高温で使用すると反応してスピネルを形成し、異なる温度で焼成した後の強度が大きく、高温クリープ耐性が強く、密度が密で、線形変化率が大きいです。
2. 高純度アルミニウムマグネシウム鋳造品の損傷
アルミニウムスピネルキャスタブルとアルミニウムマグネシウムキャスタブルは、高温では本質的に同じシステムであり、主な結晶相はコランダムとアルミニウムに富むスピネルです。キャスタブルのスラグ耐性に影響を与える要因は、鋼の種類、スラグの組成、製錬条件など、非常に複雑ですが、主にキャスタブルの鉱物組成と微細構造によって制御されます。アルミニウムに富むスピネル捕捉スラグ中の FeO と MnO は、最初に陽イオン空孔を占有し、MgO の一部を置き換えて、典型的な組成が Mg0.70Mn0.08Fe0.21Al2.00O4 である複合スピネル固溶体を形成します。電子プローブ分析によると、同じ領域の細粒スピネル中のFeとMnの固溶度はほぼ同じですが、より大きなスピネル粒子の端のFeとMn元素の含有量は、粒子の内部よりもはるかに高いことがわかりました。スラグ腐食後のサンプルの化学分析とX線回折分析でも、スピネルの格子定数が作業面から内部に向かって徐々に減少していることが示されており、これは各層のFe2O3含有量の変化と一致しています。各層のFe2O3の固溶度が低下するにつれて、スピネルの格子定数と回折強度は元の層のスピネルに近づきます。コランダムはスラグ中のCaOを吸収してカルシウムアルミネート鉱物を生成し、固化します。光学顕微鏡観察では、サンプル浸透層のコランダム粒子の端に板状のカルシウムアルミネート反応円があり、マトリックスには針状のCA6鉱物が多数存在することが示されています。 SiO2はCA6の結晶化と成長を促進し、細孔をより細かくし、より緻密なバリア層を形成します。残留スラグはSiO2に富み、粘性が高く、浸透しにくくなります。アルミニウムスピネルキャスタブルとは異なり、アルミニウムマグネシウムキャスタブルは高温でより多くの液相を形成しますが、新しく形成されたMgOとAl2O3のスピネル粒子は細かく、欠陥が多く、格子定数が小さいです。SiO2はスピネルをより断片化し、スピネルへのAl2O3の固溶を促進し、より高い格子欠陥濃度を持つアルミニウムに富むスピネルを形成します。また、キャスタブルの密度も高くなるため、スラグ耐性、特にスラグ浸透に対する耐性が優れています。
