Материал: Теория и расчеты металлургических систем и процессов

этим трещинам относительно легко осуществляется перенос газо­ образного кислорода от электрода сравнения к жидкой стали, или наоборот. Были исследованы зависимости между сопротивлением термическому удару спеченного твердого электролита, его соста­ вом и переносом кислорода через трещины в электролите.

Изготовление электролитов. Исходными материалами служи­ ли Z r0 2 (99,9 %), СаСОз (99,9 %) и 4M gC03 - Mg(OH)2 - wH20 (99,9 %), поставляемые фирмой «Nakarai Chemical Со». Оксид маг­ ния получали нагревом 4M gC03 - Mg(OH)2 - иН20 и выдержкой на воздухе при 1673 К в течение 20 ч. Образцы получали сухим пере­ мешиванием необходимых количеств Z r02 и СаС 03 или MgO в ступке из высокочистого рекристаллизованного глинозема. Пере­ мешанный порошок нагревали на воздухе в трубчатой электропечи до 1673 К и выдерживали 20 ч для получения гомогенного твердого раствора. Полученный порошок перемешивали со смесью, состоя­ щей из 10 % парафина и 90 % ССЦ (на 3 г парафина брали 100 г порошка). Смесь помещали в эксикатор на 1 ч для удаления ССЦ, затем из порошка получали таблетки диаметром 5,5 мм и высотой от 15 до 20 мм методом холодного прессования под давлением 200 МПа.

Для выгорания парафина таблетки нагревали на воздухе до 900 К. Затем их спекали при 2053+20 К в течение 20 ч в трубчатой печи сопротивления с нагревательным элементом из хромита лан­ тана (LaCr03). Плотность образцов была на уровне 98 % от теоре­ тической. Долю моноклинной фазы Z r02 определяли методом рентгеновской дифракции. На рис. 7.10 показана доля моноклин­ ной фазы в электролитах Z r02 (СаО) и Z r02 (MgO) в зависимости от концентрации стабилизатора.

Испытания термическим ударом. Таблетки Z r02 (СаО) и Z r0 2 (MgO) одинаковой длины 15 мм закрепляли на конце кварцевой трубки с внешним и внутренним диаметрами 8 и 6 мм и длиной 500...600 мм с использованием глиноземного цемента и подверга­ ли термическим ударам двумя способами.

Рис. 7.10. Доля моно­ клинной фазы Zr02 в зависимости от кон­ центрации стабилиза­ тора:

1 - Zr02-MgO;

2 —Zr02—СаО

По первому способу таблетки, находящиеся при комнатной температуре, погружали на 10 с в жидкое железо массой 5 кг при 1843±20 К, затем охлаждали на воздухе. Для защиты жидкого же­ леза от окисления кислородом воздуха на поверхность расплава присаживали графит. Таблетки после погружения не содержали

включений оксида железа.

По второму способу таблетки вводили на 20 с в трубчатую печь сопротивления при 1673 К, быстро вынимали из печи и погружали на 10 с в жидкое железо, затем охлаждали на воздухе. Потерю ме­ ханической прочности образцов определяли измерениями модуля разрушения (по методике изгиба в трех точках) до и после терми­ ческого удара. Испытания до термического удара показали, что

модули разрушения образцов из Z r02 (СаО) были на уровне

10 МПа при мольной доле СаО 5...6 %. С ростом мольной доли

7 ...8 % прочность образцов возрастала до 100... 110 МПа. Таким

Рис. 7.12. Сопротивление термическому удару в зависимости от концентрации СаО и доли моноклинной фазы Zr02:

1 - после термического удара без предварительного подогрева образца; 2 - после термического удара с предварительным подогревом образца; 3 - стандарт­ ное отклонение; ЧС, ПС - частично и полностью ста­ билизированный диоксид циркония соответственно

Для разрушенных образцов I и IV СТУ оценили равным нулю, так как нельзя было измерить а 2 после термического удара. Резуль­ таты показаны на рис. 7.12 для Z r02 (СаО) и 7.13 для Z r0 2 (MgO). Для получения одной точки на рисунках испытывали 5-6 образцов. По этим экспериментальным данным можно придти к заключению, что оптимальные пределы изменения моноклинной фазы в твердых электролитах равны 7,5... 15 % для Z r02 (MgO) и 5... 10 % для Z r02 (СаО). Хотя значения СТУ для оптимальных составов электролита Z r0 2 (СаО) выше, чем электролита Z r02 (MgO), абсолютные значе­ ния модулей разрушения после термических ударов были пример­ но одинаковыми. Причиной различия СТУ является разная меха­ ническая прочность этих электролитов до термического удара.