鎂砂細粉含量對鋁鎂質(zhì)澆注料性能的影響

1、鎂砂細粉含量對鋁鎂質(zhì)澆注料性能的影響雷中興1,2李楠2陳家唯11武漢鋼鐵集團耐火材料有限責(zé)任公司武漢4300822武漢科技大學(xué)高溫陶瓷與耐火材料湖北省重點實驗室摘要研究了鎂砂細粉含量對MgO-S iO2-H2O 系結(jié)合的礬土基鋁鎂澆注料的流動性、常溫物理性能及抗渣性的影響。結(jié)果表明:隨鎂砂細粉含量的增加,澆注料烘后強度增加,但過多的鎂砂細粉又使強度下降;隨鎂砂細粉含量的增加,澆注料的抗渣性逐漸惡化,特別是抗渣滲透性下降嚴重。關(guān)鍵詞鎂砂,鋁鎂澆注料,礬土基基質(zhì)組成對耐火澆注料的使用性能有決定性的影響。一般耐火澆注料的損壞同耐火制品相似,大多是從基質(zhì)相的損壞開始。因此,要制取耐用性好的澆注料,必須

2、嚴格控制基質(zhì)相的化學(xué)成分與礦物組成。對高純鋁鎂澆注料的研究已有不少13,在礬土基鋁鎂澆注料的研究中,如何合理控制鎂砂加入量,還有必要進一步研究。1試驗試驗所用原料的化學(xué)組成見表1。表1原料的化學(xué)組成Table1Chemical compo sition of raw materials/%項目Al2O3MgO SiO2CaO TiO2Fe2O3R2O特級礬土87.27- 4.01- 5.0-0.38白剛玉99.46-0.1-0.422Al2SiO2微粉0-96.84-0.25(C采用相同的骨料,改變細粉組成進行試驗。鎂砂細粉含量(試樣編號分別為3a(M3、4a(M4、5a (M5、6a(M6、

3、7a(M7,白剛玉細粉作相應(yīng)的調(diào)整。骨料與基質(zhì)的比例為7:3。攪拌好后,制成40mm ×40mm×160mm的試樣,室溫下養(yǎng)護24h后脫模,測定110,24h、1100,3h、1400,3h和1600,3h熱處理后試樣的體積密度、顯氣孔率、線變化率、常溫耐壓強度及常溫抗折強度。采用靜態(tài)坩堝法測定侵蝕后坩堝的侵蝕面積及滲透面積。試驗采用某鋼廠轉(zhuǎn)爐終渣(C/S=4.0,其主要成分的質(zhì)量分數(shù)(%分別為: CaO50.53,SiO212.63,MgO5.53,TFe18.01。用掃描電鏡觀察渣蝕后樣塊的顯微結(jié)構(gòu),通過能譜分析確定材料的相組成,并對渣蝕機理進行討論。2結(jié)果與討論2.1

4、鎂砂細粉含量對澆注料流動性的影響不同鎂砂含量時,澆注料的流動值見表2。表2鎂砂含量與澆注料流動值的關(guān)系Table2Flowability of the castable s with differentmagne sia powder addition鎂砂含量3a4a5a6a7a加水量/% 5.6 4.6 5.6 5.2 4.82.2鎂砂細粉含量對澆注料常溫物理性能的影響經(jīng)110,24h烘干和1100,3h、1400,3 h、1600,3h燒成后,試樣的常溫物理性能見表3。隨鎂砂細粉含量增加,烘后強度逐漸上升,體積密度先上升后下降。體積密度上升可歸因于顆粒進一步緊密堆積,但鎂砂細粉進一步增加后

5、,由于Mg、O、Si之間的結(jié)合加強,以及細粉的密度差異導(dǎo)致體積密度下降。鎂砂細粉超過一定量后,由于MgO的水化,使得流動值下降,澆注時排氣差,因而試樣顯氣孔率就高。在1100,3h和1400,3h燒成后,線變化率隨鎂砂細粉含量的增加而增加,且出現(xiàn)膨脹;在1600,3h燒成后,鎂砂細粉含量<5a時,試樣呈雷中興:男,1968年生,工學(xué)碩士,工程師。收稿日期:2000-11-16修回日期:2001-05-19編輯:柴俊蘭研究開發(fā)耐火材料/NAIH UO CAI LIAO2001,35(4196198 196NAIH UO CAI LIAO/耐火材料2001/4現(xiàn)收縮;鎂砂細粉含量>5a

6、時,試樣呈現(xiàn)膨脹,且當鎂砂細粉含量為7a時,膨脹量較大。鎂砂細粉含量一定時,試樣燒成后的線變化率隨溫度增加先上升,在1400左右達到最高值后下降。表3不同溫度處理后試樣的物理性能Table3Physical propertie s of te st castable s after drying and firing編號性能110,24h1100,3h1400,3h1600,3hM3CMOR/MPaCCS/MPaPLC/%BD/(gc m-3AP/%5.4343.34-3.011710.8365.000.092.991718.74-0.662.931838.15-1.243.176M4CMOR

7、/MPaCCS/MPaPLC/%BD/(gc m-3AP/%6.1552.94-3.021611.5461.120.142.971724.41-0.872.941737.05-0.683.1210M5CMOR/MPaCCS/MPaPLC/%BD/(gc m-3 AP/%5.1453.81-3.03159.7357.520.242.981718.93-1.612.842031.92-0.143.0212M6CMOR/MPaCCS/MPaPLC/%BD/(gc m-3AP/%7.2753.74-3.04159.5150.820.462.981717.02-2.092.822230.8-1.012.

8、9215M7CMOR/MPaCCS/MPaPLC/%BD/(gc m-3AP/%6.4846.99-3.03156.6646.650.242.981714.01-2.542.772329.04-1.852.8517注:CMOR常溫抗折強度;CCS常溫耐壓強度;PLC線變化率;BD體積密度;AP顯氣孔率。隨鎂砂細粉含量的增加,試樣在1100,3h、1400,3h、1600,3h燒成后強度逐漸下降;鎂砂細粉含量相同的試樣,抗折強度隨燒成溫度的升高均呈上升趨勢。隨鎂砂細粉含量增加,試樣1600燒成后的顯氣孔率逐漸上升、體積密度逐漸下降,這主要與試樣燒成后生成尖晶石產(chǎn)生體積膨脹有關(guān)。加入不同鎂砂細粉的

9、各個試樣在1100燒成后均發(fā)生膨脹,說明在此溫度下已經(jīng)有尖晶石的生成,且鎂砂細粉含量越多,尖晶石生成量越多,試樣在各個溫度下的線膨脹率也越大,強度也越低。根據(jù)MgO-Al2O3-SiO2相圖,各試樣基質(zhì)出現(xiàn)液相的最低溫度大約分別為:M41400,M31600, M5、M6、M71700,所以各試樣在11001400的燒結(jié)不顯著,因生成尖晶石而產(chǎn)生膨脹,強度較低;到1600時,試樣M3、M4中已經(jīng)出現(xiàn)液相,燒結(jié)加劇;因此,鎂砂細粉含量少的試樣在1600,3h燒成后已經(jīng)表現(xiàn)為收縮,而鎂砂細粉含量多的試樣由于尖晶石生成引起的膨脹大于燒結(jié)引起的收縮而表現(xiàn)為膨脹;對于M7試樣,由于液相出現(xiàn)的溫度高,燒結(jié)

10、仍不顯著,故膨脹量更大一些。表4為試樣的基質(zhì)中鎂砂細粉與剛玉細粉完全反應(yīng)生成理論尖晶石后基質(zhì)的成分。可見,鎂砂細粉含量為3a、4a時,因基質(zhì)中鎂砂細粉與剛玉細粉在1400左右已經(jīng)反應(yīng)完全,故在更高溫度下僅為燒結(jié)收縮起作用,在1600燒后呈現(xiàn)收縮;而M5、M6、M7在以后的溫度下剩余的鎂砂細粉仍然與骨料中的剛玉發(fā)生反應(yīng),繼續(xù)產(chǎn)生膨脹,抵消了部分燒結(jié)收縮而呈現(xiàn)出或多或少的膨脹,隨鎂砂細粉含量增加,膨脹顯著增加。表4基質(zhì)經(jīng)1600燒后達到相平衡的理論相組成Table4Theoretical phase compo sition of the matrixfired at1600/%鎂砂含量3a4a5

11、a6a7a剩余剛玉21.450000強度隨鎂砂細粉含量及溫度的變化規(guī)律同燒后線變化率以及顯氣孔率的變化規(guī)律基本是吻合的,即線變化率越大,結(jié)構(gòu)越疏松,強度也越低。2.3鎂砂細粉含量對抗渣性能的影響圖1示出了鎂砂細粉含量對渣蝕面積的影響。圖1鎂砂細粉含量對澆注料抗渣性的影響Fig.1In fluence of magne sia powder content onslag re sistance隨鎂砂細粉含量增加,渣蝕面積隨之增加。鎂砂細粉含量為3a4a時,增加的幅度較小;鎂砂細粉含量為5a7a時,渣蝕面積增加幅度較大(主要是滲透加劇;鎂砂細粉含量為6a7a時,侵蝕面積變化不明顯,但滲透面積增加很

12、快。選取M5抗渣試驗后的樣塊進行微觀分析。圖2為M5抗渣樣各層帶的SEM照片。對侵蝕層發(fā)育完整的針狀晶體進行微區(qū)分析,其化學(xué)組成(質(zhì)量分數(shù),%為:Al2O374.92,CaO21.18,FeO3.90,屬2001/4耐火材料/NAIH UO CAI LIAO197 圖2試樣M5受渣蝕后各層帶的形貌Fig.2SE M image s of different zone s of M5afterslag te stingCaO-Al2O3系化合物;在侵蝕層與滲透層交界面有一層厚度約0.5mm的致密層,其各組分的質(zhì)量分數(shù)(%為:MgO1.21、Al2O380.60、CaO8.91、SiO2 1.34

13、、FeO5.48,其A/C10(CA6中A/C=10.9,應(yīng)該是CA6;在滲透層里,主晶相為尖晶石(約占80%,還有少量的CA6晶體相互交錯,結(jié)構(gòu)比較致密;在原質(zhì)層里,主晶相為尖晶石,晶粒相對較小,晶?；ハ噙B接,但整體結(jié)構(gòu)較疏松。由圖1可知,隨鎂砂細粉加入量增加,試樣的抗渣性隨之下降,從鎂砂細粉加入量為5a開始,渣滲透明顯增加。這主要是由于Fe2O3固溶于鎂砂中,使得熱面與澆注料內(nèi)部存在一定的Fe2O3濃度差,更促進了渣的滲透;另外,從1600,3h燒后顯氣孔率的結(jié)果可知,抗渣性隨鎂砂細粉含量增加而下降的又一原因是由于在燒成后顯氣孔率的增加。表5示出了侵蝕層、滲透層及原質(zhì)層的EDAX面分析結(jié)果

14、,可見渣中的CaO、FeO向材料內(nèi)部侵入,CaO與Al2O3反應(yīng)生成針狀和條柱狀的CA6,使?jié)B透層的結(jié)構(gòu)致密,FeO被尖晶石大量吸收而形成(MgFeOAl2 O3復(fù)合尖晶石,從而抑制了FeO的進一步滲透。表5M5抗渣樣中各層的化學(xué)組成Table5Chemical compo sition of different zone sof M5/%層帶MgO Al2O3CaO FeO TiO2SiO23結(jié)論(1隨鎂砂細粉含量的增加,試樣110,24h 烘后強度先上升后下降;當鎂砂細粉含量為5a時,其強度最大。(2隨鎂砂細粉含量的增加,不同溫度燒后試樣的線變化率均逐漸增加,強度下降,結(jié)構(gòu)趨于疏松。鎂砂細

15、粉含量為5a時,試樣1600,3h燒成后出現(xiàn)微膨脹,體積穩(wěn)定性也相對較好。(3隨鎂砂細粉加入量增加,抗渣性逐漸下降?；|(zhì)中鎂砂細粉加入量越高,其抗渣性越差。但是,鎂砂細粉含量為3a4a時,滲透很輕,而鎂砂細粉含量>5a后,滲透增加明顯。參考文獻1山崎正等. 系 特性及MgO成分影響.耐火物,1996,48(8:4304312金谷智,森淳一郎等. 系 膨及 微粉、 微粉影響.耐火物,1995, 47(8:4114123Atsumi Nagasoe,Shinlchiro Tsurumoto,Akane K itamura.Refracto2 ry characteristic of spin

16、el with various MgO contents.Taikabutsu O2 verseas,1991,11(3:2028E ffect of magne sia powder addition on prop ertie s of alumina-magne sia ca stable s/Lei Zhongxing,Li Nan, Chen Jiawei/Naihuo Cailiao.-2001,35(4:196Flowa bility,physical prop erties at room temp erature and sla g resistance of bauxite

17、2bas e d Al2O3-MgO casta2 bles bonde d by the MgO-SiO2-H2O s ystem with different content of ma gnesia p ow der were investi gate d. The res ults show that the cold crushin g strength and modulus of rupture of casta bles incre as e with ma gnesia p ow der content incre asing from3a to5a,and decre as

18、 e when ma gnesia p ow der content is from6a to7a.The p ermanent line ar change after tre ate d at different temp eratures(1100,1400,1600incre as es,but the strength decre as es and the structure of the s amples tend to be loos e.After tre ate d at1600for3h,the s ample with5a ma gnesia p ow der exhibits a micro2exp ansion.With the content of ma gnesia p ow der incre asing from3a to4a,the p enetration of sla g