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        富鋁尖晶石微粉加入量對剛玉—尖晶石澆注料性能的影響

        2021-11-11 03:46:50任建秀張成強(qiáng)李宗寶張春雨王錦濤
        山東冶金 2021年5期
        關(guān)鍵詞:剛玉氣孔率鋼包

        任建秀,張成強(qiáng),李宗寶,張春雨,王錦濤

        (山東耐火材料集團(tuán)有限公司 王鋁分公司,山東 淄博255311)

        1 前 言

        隨著鋼包冶煉工藝技術(shù)的提高,對鋼包用耐火材料的要求日益嚴(yán)苛,低耗高效的鋼包用耐火材料技術(shù)需求增大。鋼包用剛玉—尖晶石澆注料是一種高壽命節(jié)能降耗新產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,具有良好的熱震穩(wěn)定性、抗沖刷性、耐侵蝕性和抗?jié)B透性,不易結(jié)構(gòu)剝落,操作安全可靠,使用壽命長,成為大型鋼包用耐火材料的主流。為了提高鋼包用剛玉—尖晶石澆注料的使用性能,在剛玉—尖晶石澆注料中引入富鋁尖晶石微粉,研究其對大型鋼包長壽命剛玉—尖晶石澆注料性能的影響。

        2 試 驗

        2.1 原料選擇

        本試驗所用的主要原料及其化學(xué)組成見表1。

        表1 主要原料的化學(xué)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

        2.2 試驗方案

        按照表2,根據(jù)骨料與基質(zhì)70∶30 的質(zhì)量比進(jìn)行配料,固定配比中電熔白剛玉、板狀剛玉骨料、α-Al2O3微粉、純鋁酸鈣水泥總量不變,以富鋁尖晶石微粉等量替代電熔白剛玉和燒結(jié)剛玉細(xì)粉,分別加入0%、6%、8%、12%、16%,測定剛玉—尖晶石澆注料的各項性能。配方代碼分別記為MA1、MA2、MA3、MA4、MA5。試樣配比組成見表2。

        表2 試樣配比組成 %

        2.3 試驗過程和性能檢測

        將按配方配料的各原料混勻、攪拌后,按照GB/T 4513.4 標(biāo)準(zhǔn)要求測定澆注料的流動值和加水量,施工性能見表3。經(jīng)振動澆注成型為160 mm×40 mm×40 mm 的試樣,并按照GB/T 4513.5 的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。檢測脫??拐蹚?qiáng)度;檢測110 ℃×24 h處理后氣孔率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度;檢測1 500 ℃×3 h 處理后氣孔率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、燒后線變化率;檢測1 000 ℃×5 次水冷熱震殘余抗折強(qiáng)度,試驗結(jié)果見表4。

        表3 施工性能

        表4 試驗結(jié)果

        3 結(jié)果與分析

        3.1 常溫物理性能

        由表3可知,隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加,試樣的加水量逐漸減少,每增加4%的富鋁尖晶石微粉,就減少約0.2%的水。由于富鋁尖晶石微粉能夠更好地填充大、中、小顆粒間的間隙,排擠出氣孔中的水;微粉含量的增加,在良好分散條件下會明顯提高澆注料的致密化程度,從而降低其加水量。每增加4%的富鋁尖晶石微粉,流動值逐漸增加,MA1<MA2<MA3<MA4<MA5,MA4 和 MA5試樣有自流效果。

        3.2 對體密、氣孔率的影響

        從圖1中可以看出,不同富鋁尖晶石微粉加入量,對試樣體積密度和顯氣孔率性能有不同影響。在試樣中引入富鋁尖晶石微粉,110 ℃×24 h 烘后試樣的體積密度逐漸增大,顯氣孔率逐漸減小,因為常溫下隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加,顆粒與基質(zhì)間的大量空隙被微粉填充,形成緊密堆積,降低了試樣的氣孔率,提高了體積密度[1]。富鋁尖晶石微粉加入量在12%時,1 500 ℃×3 h燒后試樣的體積密度最大,氣孔率最小,因為剛玉向尖晶石固溶及富鋁尖晶石微粉容易發(fā)生脫熔析出剛玉相,與其周圍水泥在尖晶石顆粒邊緣形成CA6,使尖晶石和CA6緊密結(jié)合,且尖晶石和剛玉相通過CA6連接,使顆粒之間更加緊密[2]。富鋁尖晶石微粉加入量在16%時,1 500 ℃×3 h燒后試樣體積密度減小和顯氣孔率增大,原因是隨著富鋁尖晶石微粉加入量的進(jìn)一步增加,剛玉向尖晶石中大量固溶,使得顆粒之間存在大量微裂紋,體積密度降低,顯氣孔率增大[3]。

        圖1 富鋁尖晶石微粉加入量對體積密度、顯氣孔率的影響

        3.3 對強(qiáng)度的影響

        不同富鋁尖晶石微粉加入量對試樣抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響見圖2。拆模后、110 ℃×24 h烘后均呈增大趨勢。拆模后和110 ℃×24 h烘后富鋁尖晶石微粉能夠減少澆注料的顯氣孔率,提高其體積密度,增加了結(jié)合強(qiáng)度[1],這是對試樣強(qiáng)度提高的主要因素。富鋁尖晶石微粉加入量12%時1 500 ℃×3 h燒后試樣強(qiáng)度最大,原因是富鋁尖晶石微粉在燒結(jié)的過程中發(fā)生脫熔反應(yīng),能夠有效促進(jìn)試樣的燒結(jié),通過剛玉的聯(lián)接使基質(zhì)中的尖晶石和CA6以尖晶石-剛玉-尖晶石、尖晶石-剛玉-CA6、CA6-剛玉-CA6等方式緊密結(jié)合[2],試樣強(qiáng)度增大。富鋁尖晶石微粉加入量達(dá)到16%時,尖晶石和剛玉之間固溶量增加,試樣結(jié)構(gòu)缺陷增多,導(dǎo)致強(qiáng)度降低[3]。

        圖2 富鋁尖晶石微粉對強(qiáng)度的影響

        3.4 對線變化率的影響

        不同富鋁尖晶石微粉加入量對試樣線變化率的影響如圖3 所示。隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加,試樣線變化率呈減小趨勢,當(dāng)加入量為12%時,線變化率最小,原因是尖晶石發(fā)生脫熔反應(yīng),伴隨的膨脹可部分抵消剛玉尖晶石澆注料的燒結(jié)收縮,提高其體積穩(wěn)定率,有效促進(jìn)試樣的燒結(jié),使線變化率減小。隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加,剛玉和尖晶石之間的固溶量有所增加,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷較多,剛玉顆粒之間有微裂紋存在,而呈現(xiàn)膨脹趨勢[3]。

        圖3 富鋁尖晶石微粉對線變化率的影響

        3.5 對1 000 ℃×5次水冷熱震殘余抗折強(qiáng)度的影響

        不同富鋁尖晶石微粉加入量對試樣1 000 ℃×5 次水冷熱震殘余抗折強(qiáng)度的影響如圖4 所示,MA4試樣富鋁尖晶石微粉加入量12%,熱震殘余抗折強(qiáng)度達(dá)到3.88 MPa,優(yōu)于MA1、MA2、MA3和MA5試樣,能夠滿足剛玉—尖晶石澆注料在使用過程中對原質(zhì)層熱震強(qiáng)度保持的要求。

        圖4 富鋁尖晶石微粉對殘余抗折強(qiáng)度的影響

        4 結(jié) 論

        4.1 加入量12%時,施工性能最佳,隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加,加水量逐漸降低,有利于試樣的緊密堆積;良好的流動值,保障了施工性能;試樣經(jīng)1 500 ℃×3 h燒后,強(qiáng)度、體積密度、顯氣孔率和線變化率等物理指標(biāo)能夠很好地提高剛玉—尖晶石澆注料的高溫使用性能。

        4.2 富鋁尖晶石微粉的引入,對剛玉—尖晶石澆注料各項物理指標(biāo)提高明顯,在提高施工性能的同時,在高溫使用過程中物理性能也有優(yōu)良表現(xiàn)。

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