為改善出鐵溝澆注料的抗氧化性能，除了提高澆注料的致密度之外,還需要加入防氧化劑。金屬硅粉又稱工業硅粉，高溫下與碳反應形成碳化硅，優先于碳被氧化，形成一層保護膜，從而減緩澆注料的氧化。本研究探討金屬硅粉為加入量對Al2O3-SiC-C鐵溝料性能特別是抗氧化性能的影響。

1.試驗原料

試驗使用的主要原料包括：電熔棕剛玉(Al2O3：95.82%)，碳化硅，α-Al2O3微粉(D50=1.08μm)，白剛玉粉(粒徑=0.044mm),硅微粉(SiO2：96.98%)，球狀瀝青，純鋁酸鈣水泥。

2.試樣制備

按表1配比準確稱料，將配好的原料在攪拌機內干混5min,再加水濕混3min，攪拌均勻,振動臺振動成型為40mm×40mm×160mm長條試樣和70mm×70mm×70mm方樣(中間留直徑30mm、深30mm的小孔作為坩堝)。試樣常溫下養護24h后脫模，經110℃×24h烘干后，長條試樣分別加熱至1000、1450℃,保溫3h，電爐燒成;拼堝試樣裝25g某鋼廠高爐鐵渣，以1450℃×3h于電爐中用靜態坩堝法做抗渣試驗。鐵渣成分(%):Al2O3：17.56,Fe2O3：0.71，CaO：40.16,MgO：8.24，SiO2：30.06。

 試樣配比(質量分數)%

3.試樣檢測

按照YB/T5200—1993(2007)標準要求檢測試樣的顯氣孔率和體積密度、常溫抗折強度、線變化率等，由于1450℃×3h燒成后試樣斷面顏色一致，無法區別，為了比較抗氧化性，用1000℃×3h燒后試樣進行了抗氧化分析，1000℃×3h燒后試樣測試抗折強度后,對試樣斷面進行抗氧化分析;抗瘡試樣從中間切開，使用量尺等方法對抗渣侵蝕試樣進行測量分析。

1.金屬硅粉對物理性能的影響

金屬硅粉加入量對1000℃×3h燒后鐵溝料試樣的線變化率、體積密度以及氣孔率的影響如圖1所示。

 金屬硅粉加入量對1000℃×3h燒后試樣線變化率、體積密度以及氣孔率的影響

由圖1可知,在金屬硅粉加入量為1%?4%時，試樣的線變化呈逐漸減小的趨勢，4%時小，隨后又變大;體積密度在金屬硅粉加入量為1%?2%時逐漸上升，2%時達到高，隨后下降，在3%?5%時基本未變化;而氣孔率則隨著金屬硅粉的增加一直呈下降的趨勢。這是因為隨著金屬硅粉的增加,Si與O2反應生成的SiO2逐漸增多，使得線變化減小，生成物堵塞氣孔，從而又使得氣孔率逐漸降低。

2.金屬硅粉對強度的影響

金屬硅粉加入量對試樣抗折強度的影響見圖2。由圖2可以看出，經110℃×24h和1450℃×3h熱處理后，試樣的抗折強度隨金屬硅粉加入量的增加逐漸增加。

3.金屬硅粉對抗氣化性能的影響

金屬硅粉對鐵溝料試樣抗氧化性的影響見圖3。

不同金屬硅粉加入量試樣斷面抗氧化情況

從圖3斷面照片看：中間顏色較深的部位為C未被氧化或氧化較輕的部分，中間部分的面積隨著金屬硅粉加入量的增加而逐漸增大，說明在試驗范圍內試樣經過1000℃×3h處理的抗氧化性隨著金屬硅粉加入量的增加而提高。

金屬硅粉作為防氧化劑的反應機制如下：

試樣在燒成過程中，首先經過C被氧化成CO(g)的過程,CO遇金屬Si反應生成SiO(g)并使CO還原為C,所以隨著金屬硅粉加入量的增加，相同時間內，試樣中被還原出的C越多，而同時反應所生成的SiO2量也越多，而SiO2為液相，可以堵塞氣孔，使致密度提高。故從斷面看，隨著金屬硅粉加入量的增加，斷面中間深色面積越大，說明其抗氧化性增強。

4.金屬硅粉對抗渣侵蝕的影響

金屬硅粉加入量對鐵溝料試樣抗渣侵蝕性能的影響見圖4。

不同硅粉加入量試樣抗渣侵蝕情況

通過量尺法，對試樣的側面侵蝕嚴重位置進行測量，可以發現試樣中金屬硅粉含量從1%~5%時，試樣側部侵蝕厚度分別為:3、2、2、3、4mm,即金屬硅粉加入量在2%和3%時，試樣抗渣侵蝕性能好。由于金屬硅價格較高,從材料性價比上考慮，確定金屬硅粉加入量為2%。

分析認為：鐵溝料中加入金屬硅粉后,產生兩種效應,一種是試樣的抗氧化性隨著金屬硅粉加入量的增加而提高，其抗渣性能也隨之提高;另一種是隨著金屬硅粉加入量增加，試樣基質中Al2O3的含量降低，試樣的抗渣性能相對下降。在加入量為1%和2%時，一種效應大于第二種，即試樣抗渣性能提高;在加入量為2%和3%時，兩種效應趨于平衡，即抗渣性能基本一致;在加入量為3%、4%和5%時，第二種效應大于一種，即試樣抗渣性能下降。因此，綜合考慮金屬硅粉加入量以2%為宜。