Tworzywo ogniotrwałe na bazie cyrkonianu wapnia i jego zachowanie w kontakcie z ciekłą stalą

• Autorzy: Wiśniewska K. , Madej D. , Szczerba J.

Warianty tytułu

EN

The calcium zirconate refractory material and its behaviour in contact with molten steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono zachowanie się tworzywa złożnego z cyrkonianu wapnia i tlenku cyrkonu w kontakcie z ciekłą stalą w warunkach redukcyjnych. Cyrkonian wapnia z nadmiarem ZrO2 został otrzymany z tlenku cyrkonu i węglanu wapnia na drodze dwustopniowego spiekania, kolejno w temperaturach 1100 °C i 1600 °C. Jako reagenta wytypowano komercyjną stal narzędziową. Test korozyjny polegał na wypaleniu pastylek tworzywa CaZrO3-ZrO2 z nałożoną płytką ze stali w warunkach redukcyjnych w temperaturze 1500 °C. Na podstawie obserwacji w skaningowym mikroskopie elektronowym (SEM) stwierdzono powstanie w tworzywie ogniotrwałym trzech stref: reakcyjnej przy kontakcie ze stalą, przejściowej oraz niezmienionej. Badania rentgenowskie (XRD) tworzywa CaZrO3-ZrO2 wykazały, że po teście korozyjnym zmniejsza się udział masowy cyrkonianu wapnia w stosunku do udziału stabilizowanego tlenku cyrkonu. W strefie reakcyjnej utworzyła się warstwa tlenku cyrkonu, która powstała wskutek reakcji cyrkonianu wapnia ze składnikami stopowymi stali takimi jak krzem i glin, tworząc oprócz tlenu cyrkonu wtórne fazy krzemianowe, otaczające ziarna ZrO2. Zwartość po wygrzaniu tworzywa ogniotrwałego zmienia się nieznacznie, co może świadczyć o małej jego zwilżalności przez stal w 1500 °C.

EN

The behaviour of material composed of calcium zirconate and zirconium oxide after working in contact with molten steel was presented in this work. The calcium zirconate - zirconium oxide material was obtained by 2-step firing at 1100 °C and 1600 °C. The commercially available steel was used. A corrosion test was conducted under reducing atmosphere at a temperature of 1500 °C. A plate of steel was placed on a calcium zirconate pellet. The microstructure was observed under an electron scanning microscope (SEM) which allowed distinguishing 3 zones in the corroded material: a reaction zone in contact with steel, a transient zone, and an unchanged area. The content of calcium zirconate in the CaZrO3-ZrO2 material decreased against the zirconium oxide after the corrosion test. In the reaction zone the ZrO2 layer was created as a results of reaction between calcium zirconate and alloying components of steel such as silicon and aluminium. Compactness measurements showed that bulk density and apparent porosity changed slightly which could suggest that molten steel poorly penetrates the studied refractory material during the corrosion test.

Słowa kluczowe

PL

materiały ogniotrwałe; cyrkonian wapnia; korozja; stal

EN

refractory material; calcium zirconate; corrosion; steel

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 68, nr 4
• Strony: 362--368
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Wiśniewska K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KCiMO, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Madej D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KCiMO, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Szczerba J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KCiMO, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Koopmans, H. J. A., van de Velde, G. M. H., Gellings, P. J.: Powder neutron diffraction Study of the Perovskites CaTiO3 and CaZrO3, Acta Cryst., C39, (1983), 1323-1325.
• [2] Dravid, V. P., Sung, C. M., Notis, M. R., Lyman, C. E.: Crystal symmetry and coherent twin structure of calcium zirconate, Acta Cryst., B45, (1989), 218-227.
• [3] Ross, N. L., Chaplin, T. D.: Compressibility of CaZrO3 perovskite: Comparison with Ca-oxide perovskites, J. Sol. St. Chem., 172, (2003), 123-126.
• [4] Stoch, P., Szczerba, J., Lis, J., Madej, D., Pędzich, Z.: Crystal structure and ab initio calculation of CaZrO3, J. Eur. Ceram. Soc., 32, (2012), 665-670.
• [5] Janke, D.: Oxygen probes based on calcia-doped hafnia or calcium zirconate for use in metallic melts, Metall. Trans. B, 13, 2, (1982), 227-235.
• [6] Dudek, M., Róg, G., Bogusz, W., Bućko, M., Kozłowska-Róg, A.: Kompozytowe elektrolity stałe zawierające CaZrO3 jako elementy ogniw elektrochemicznych stosowanych w metalurgii, Kompozyty, 5, 4, (2005), 14-19.
• [7] Bućko, M. M., Domagała, J., Zientara, D., Lis, J.: Zastosowanie cyrkonianów wapnia i baru jako materiałów na tygle do topienia superstopów na bazie niklu, Materiały Ceramiczne, 60, 4, (2008), 290-293.
• [8] Schafföner, S., Aneziris, C. G., Berek, H., Rotmann, B., Friedrich, B.: Investigating the corrosion resistance of calcium zirconate in contact with titanium alloy melts, J. Eur. Ceram. Soc., 35, 1, (2015), 259-266.
• [9] Śnieżek, E., Stoch, P., Szczerba, J., Madej, D., Prorok, R., Stoch, A.: Structural properties of 0.8CaZrO3-0.2CaFe2O4 composite, Ceram. Int., 41, 7, (2015), 8688-8695.
• [10] Szczerba, J., Śnieżek, E., Stoch, P., Prorok, R., Jastrzębska, I.: The role and position of iron in 0.8CaZrO3-0.2CaFe2O4, Nukleonika, 60, 1, (2015), 147-150.
• [11] Štefanić, G., Gržeta, B., Musić, S.: Influence of oxygen on the thermal behavior of the ZrO2-Fe2O3 system, Mater. Chem. Phys., 65, 2, (2000), 216-221.
• [12] Strakhov, V. I., Ivanova, I. V., Arsirii, A. I., Velkova, K., Gershkovich, S. I.: Phase Transformations in Stabilized ZrO2-Fe2O3 Compositions, Refract. Ind. Ceram., 46, 5, (2005), 322-324.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.