紅柱石基澆注料的性能研究_圖文

1、 紅柱石基澆注料的性能研究石干1 張偉1 熊小勇21中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司河南省特種耐火材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng)4710392法國(guó)英格瓷公司 巴黎75007摘 要 以紅柱石、礬土熟料和焦寶石為主要原料,制備了紅柱石、紅柱石-高鋁礬土、紅柱石-焦寶石以及高鋁礬土4種材質(zhì)的澆注料,對(duì)比了4種澆注料的常溫性能、加熱線變化率、高溫抗折強(qiáng)度、抗蠕變性、抗熱震性和熱導(dǎo)率。結(jié)果表明:紅柱石-礬土澆注料和紅柱石-焦寶石澆注料與高鋁礬土澆注料相比均表現(xiàn)出較優(yōu)的高溫性能,可以作為一種新的中間包永久襯用澆注料。關(guān)鍵詞 紅柱石,澆注料,性能紅柱石具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、體積穩(wěn)定性、抗渣性、抗高溫蠕變性、抗熱

2、震性和高溫強(qiáng)度,因此作為一種優(yōu)質(zhì)耐火原料被廣泛應(yīng)用。目前,紅柱石耐火材料被有效地用于魚(yú)雷罐、感應(yīng)爐、鼓風(fēng)爐、鋼包、石灰窯、玻璃窯、水泥窯、熱處理窯、陽(yáng)極焙燒爐、電爐頂、窯車(chē)及其他窯具1-2。鋼鐵冶煉的中間包永久襯通常使用鋁硅系澆注料,根據(jù)中間包的使用條件,該澆注料應(yīng)具有良好的強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和抗熱震性。在本研究中,以法國(guó)英格瓷公司生產(chǎn)的紅柱石、國(guó)內(nèi)的高鋁礬土和焦寶石為主要原料研制了中間包永久襯用紅柱石基低水泥澆注料。對(duì)紅柱石澆注料、紅柱石-高鋁礬土澆注料、紅柱石-焦寶石澆注料和高鋁礬土澆注料4種澆注料的性能比較,以選擇合適的中間包永久襯用澆注料。0*1 試驗(yàn)1.1 原料試驗(yàn)用紅柱石、高鋁礬土熟

3、料、焦寶石等主要原料的理化性能見(jiàn)表1。其中焦寶石為山西生產(chǎn),二級(jí)礬土熟料為河南生產(chǎn)。表1 主要原料的理化性能Tab l e1Chem ica l compositions and phys i c a l p rope rti e s o fm a in st a rting m ater i a ls原料w/%A l2O3S i O2Fe2O3K2O Na2O體積密度/(g c m-3d50/m紅柱石D59(38mm59.138.90.750.150.25 3.08 57#(3mm57.440.80.80.20.2二級(jí)礬土熟料76.2616.581.731.360.07 2.75焦寶石45.

4、3252.540.640.140.09 2.47氧化硅微粉97.060.6氧化鋁微粉99.290.280.080.194.11.2 試樣制備試驗(yàn)制備了紅柱石、紅柱石-高鋁礬土、紅柱石-焦寶石和高鋁礬土4種材質(zhì)的澆注料試樣,分別記為A、A-B、A-C和B。它們的配料組成見(jiàn)表2。按表2配料,混練均勻后,振動(dòng)澆注成40mm! 40mm!160mm和230mm!114mm!65mm的試樣。澆注成型的試樣養(yǎng)護(hù)24h后脫模,干燥。表2 試樣的配料組成(wTab l e2Fo r mu la tions o f specm i ens%原料紅柱石澆注料紅柱石-高鋁礬土澆注料紅柱石-焦寶石澆注料高鋁礬土澆注料

5、紅柱石0.098mm70282800.074mm1010100焦寶石(0.098mm00420礬土熟料0.098mm0420700.044mm00010氧化鋁、氧化硅微粉15151515鋁酸鈣水泥5555水(外加 5.15.55.76.2 1.3 性能檢測(cè)取于110干燥24h的40mm!40mm! 160mm試樣,分別在1300和1500處理3h后,按YB/T5203#1993檢測(cè)試樣的線變化率;分別按YB/T 5200#1993、YB/T5201#1993檢測(cè)110、1300和1500處理后試樣的顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度。2010年10月第44卷第5期325328*石干

6、:男,1956年生,碩士,教授級(jí)高級(jí)工程師。E m ai:l s h i glirrc.co m收稿日期:2010-04-16編輯:黃衛(wèi)國(guó) 取于110干燥24h 的40mm !40mm !160mm 試樣,分別在1000和1300預(yù)處理5h ,然后分別在相應(yīng)溫度下按GB /T 3002#2004檢測(cè)其高溫抗折強(qiáng)度。取于110干燥24h 的230mm !114mm !65mm 試樣,在1300處理5h ,制樣后在1300按GB /T 5073#2005進(jìn)行壓蠕變?cè)囼?yàn),試驗(yàn)時(shí)間為25h 。取于110干燥24h 后的230mm !114mm !65mm 試樣,按YB /T 376.1采用水急冷法進(jìn)行

7、抗熱震性試驗(yàn),加熱溫度為1100。采用熱線法(GB /T 17106#1997檢測(cè)經(jīng)1000熱處理后試樣在1000的熱導(dǎo)率。取于110干燥24h 的紅柱石-焦寶石澆注料試樣A-C ,在1300煅燒10h 后,利用SE M 觀察其顯微結(jié)構(gòu)。2 結(jié)果與討論2.1 常溫性能各澆注料試樣的顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度見(jiàn)表3?？梢钥闯?高鋁礬土澆注料的顯氣孔率較高,達(dá)到18%19%,紅柱石及含紅柱石澆注料的顯氣孔率較低;高鋁礬土澆注料及含高鋁礬土的澆注料110烘后常溫強(qiáng)度較高。表3 試樣的常溫性能Tab l e 3P hysica l prope rties at room t emp

8、era ture of specm i ens項(xiàng)目紅柱石澆注料紅柱石-高鋁礬土澆注料紅柱石-焦寶石澆注料高鋁礬土澆注料顯氣孔率/%11024h1112121813003h1617161915003h 14161319體積密度/(g c m -311024h 2.702.62 2.51 2.5913003h 2.602.57 2.44 2.5215003h 2.542.54 2.44 2.48常溫耐壓強(qiáng)度/M Pa11024h771135510313003h4350495915003h 68596652常溫抗折強(qiáng)度/M Pa 11024h 1620131715003h141416132.2 加熱

9、線變化率各試樣的加熱線變化率見(jiàn)圖1。在1300熱處理3h 后,紅柱石澆注料A 以及紅柱石-高鋁礬土澆注料A-B 均顯膨脹,這主要是因?yàn)榧t柱石的莫來(lái)石化產(chǎn)生體積膨脹;而高鋁礬土澆注料B 顯收縮。在1500熱處理3h 后,各試樣的加熱線變化圖1 試樣的加熱線變化率F ig .1L inear change on hea ting o f specm i ens率均為正值,即均表現(xiàn)為膨脹,膨脹量由大到小的順序?yàn)?紅柱石澆注料A 、紅柱石-高鋁礬土澆注料A-B 、紅柱石-焦寶石澆注料A-C 、高鋁礬土澆注料B ;與1300熱處理3h 后相比,各試樣于1500熱處理3h 后的膨脹量顯著增大,這是因?yàn)?澆

10、注料中紅柱石的莫來(lái)石轉(zhuǎn)化加劇,加上紅柱石的二次莫來(lái)石化3,導(dǎo)致體積膨脹量增加,而澆注料中紅柱石的含量越多,其膨脹量也就越大。至于1500處理后高鋁礬土澆注料的微膨脹,可能與其莫來(lái)石化反應(yīng)有關(guān):二級(jí)高鋁礬土中的剛玉相和低鋁富S i O 2的組成物相反應(yīng)生成莫來(lái)石4。對(duì)烘烤后和1500處理后高鋁礬土澆注料的XRD 分析發(fā)現(xiàn),與烘烤后的試樣相比,1500處理后試樣的莫來(lái)石含量明顯增加,增加量大約在15%以上。紅柱石莫來(lái)石化產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng),一方面可以抵消澆注料在高溫下長(zhǎng)期使用過(guò)程中產(chǎn)生的體積收縮,表現(xiàn)出良好的體積穩(wěn)定性;另一方面,轉(zhuǎn)化的莫來(lái)石有助于提高澆注料的高溫力學(xué)性能。2.3 抗蠕變性各試樣在

11、1300保溫525h 過(guò)程中的壓蠕變率見(jiàn)圖2?？梢钥闯?壓蠕變?cè)囼?yàn)25h 后,紅柱石澆注料A 、紅柱石-焦寶石澆注料A-C 、紅柱石-礬土澆注料A-B 和高鋁礬土澆注料B 的蠕變率分別為-0.06%、-0.25%、-0.46%和-1.93%。紅柱石澆圖2 試樣的蠕變率Fig .2C reep ra t e o f specm i ens耐火材料/NA I HUOCA I L I AO 2010年第44卷注料及含紅柱石的澆注料均具有較強(qiáng)的抗蠕變性,其中紅柱石澆注料的抗高溫蠕變性最優(yōu),高鋁礬土澆注料的抗蠕變性最差。含紅柱石的澆注料之所以具有較優(yōu)良的抗蠕變性能,主要是因?yàn)樵诟邷厝渥冊(cè)囼?yàn)過(guò)程中,澆注料

12、熱處理時(shí)未發(fā)生莫來(lái)石化的紅柱石繼續(xù)發(fā)生莫來(lái)石化,產(chǎn)生的體積膨脹部分抵消了澆注料的高溫蠕變;另外,紅柱石本身具有良好的抗蠕變性。因此,含紅柱石的試樣都表現(xiàn)出了良好的抗蠕變性能。2.4 高溫強(qiáng)度4種澆注料的高溫抗折強(qiáng)度見(jiàn)圖3?？梢钥闯?4種澆注料在1300時(shí)的高溫抗折強(qiáng)度均比1000時(shí)的大幅度下降,這可能是由于在1300下澆注料本身生成了較多液相的緣故。1300時(shí),高溫抗折強(qiáng)度由大到小的順序?yàn)锳、A-C、A-B、B,這與抗蠕變性的大小順序一致。這同樣是因?yàn)闈沧⒘现屑t柱石的莫來(lái)石化引起的;另外一個(gè)原因可能是含紅柱石的澆注料雜質(zhì)含量低于高鋁礬土澆注料,形成的玻璃相較少,使含紅柱石的澆注料表現(xiàn)出較好的高

13、溫力學(xué)性能。紅柱石-焦寶石澆注料的高溫抗折強(qiáng)度高于紅柱石-高鋁礬土澆注料,其原因可能與焦寶石所含氧化鉀、氧化鐵雜質(zhì)含量比高鋁礬土熟料低有關(guān)(見(jiàn)表1。圖3 試樣的高溫抗折強(qiáng)度Fig.3HMOR o f specm i ens紅柱石-焦寶石澆注料在的顯微結(jié)構(gòu)如圖4所示(圖上方深灰色部分為紅柱石顆粒,淺灰色部分為基質(zhì)。從圖中可以看出基質(zhì)中形成了一定量的液相,使基質(zhì)和顆粒之間連接緊密。一次莫來(lái)石轉(zhuǎn)化生成的Si O2增強(qiáng)液相中硅氧四面體的交聯(lián)程度,提高其黏度,有助于提高其力學(xué)性能5。2.5 抗熱震性澆注料的抗熱震性試驗(yàn)結(jié)果表明:紅柱石澆注料、紅柱石-焦寶石澆注料和紅柱石-高鋁礬土澆注料的熱震次數(shù)均大于6

14、5次;高鋁礬土澆注料熱震次數(shù)圖4 1300處理后試樣A-C的顯微結(jié)構(gòu)Fig.4M icro structure o f specm i en A-C fired a t1300為47次,其抗熱震性能低于含紅柱石澆注料。從熱震試驗(yàn)后試樣的外觀形貌可以看出,紅柱石-焦寶石澆注料幾乎看不到有裂紋,紅柱石澆注料的裂紋也很細(xì)小。含紅柱石澆注料的抗熱震性?xún)?yōu)于高鋁礬土澆注料的主要原因是紅柱石的線膨脹系數(shù)小于高鋁礬土。2.6 熱導(dǎo)率紅柱石澆注料、紅柱石-高鋁礬土澆注料、紅柱石-焦寶石澆注料和高鋁礬土澆注料在1000時(shí)的熱導(dǎo)率分別為1.8、1.9、1.8、2.2W m-1 K-1,高鋁礬土澆注料的熱導(dǎo)率稍大于紅

15、柱石及紅柱石基澆注料的熱導(dǎo)率。紅柱石基澆注料用作中間包永久襯可能會(huì)減少中間包的熱量損失。3 結(jié)論通過(guò)對(duì)紅柱石澆注料、紅柱石-高鋁礬土澆注料、紅柱石-焦寶石澆注料和高鋁礬土澆注料4種材料性能的比較,得到如下結(jié)果:(1紅柱石澆注料以及含紅柱石的澆注料具有優(yōu)良的抗蠕變性,表明其在高溫下具有優(yōu)良的抗變形能力;(2紅柱石澆注料和紅柱石-焦寶石澆注料的高溫抗折強(qiáng)度較高,紅柱石-礬土澆注料其次,高鋁礬土澆注料高溫強(qiáng)度性能較差;(3紅柱石澆注料、紅柱石-焦寶石澆注料和紅柱石-高鋁澆注料的抗熱震性能高于高鋁礬土澆注料?？紤]到紅柱石市場(chǎng)價(jià)格較高,紅柱石與高鋁礬土和焦寶石配制的紅柱石-高鋁礬土澆注料、紅柱石-焦寶石

16、澆注料均適合作為中間包永久襯使用。參考文獻(xiàn)1 莫自鳴,譯.紅柱石用作煉鋼耐火材料J.國(guó)外耐火材料,1985(10:11-18.2 林彬蔭.藍(lán)晶石紅柱石硅線石M.北京:冶金工業(yè)出版社,第5期 石干,等:紅柱石基澆注料的性能研究 2010年10月 1998:8-16.3 石干,孫庚辰.硅線石、紅柱石及藍(lán)晶石在材料中的莫來(lái)石化行為J.耐火材料,1992,26(6:311-314.4 Sh iG an,Sun Gengchen.M u llitizati on con trol of lo w creep h i gh alum i n a b ri ck sC/The t h ird i ntern

17、ati onal sy m pos i um on refractori es, Beiji ng,C h i na,1998:358-361.5 賈江議,李謙,曹貞源.紅柱石的莫來(lái)石化作用及機(jī)理J.耐火材料,2004,38(3:100-104.Investi g ati o n on pr operti e s of andal u site based cast a bl e s/Shi Gan,Zhang W e,i X i o ng Xi a oyong/Nai h uo Caili a o.-2010,44(5:325Anda l u s i t e c as ta b l e s,

18、a nd a l u s it e ba ux it e c a s t a b l e s,a nd a l u s ite fli n t c l a y ca s ta b l e s,a nd ba ux it e c a s tab l e s w e r e p r ep a r ed us i n g anda l u s ite,c a l c i n ed b aux ite a nd fli n t c l a y a s m a i n s ta rti n g m a te ri a l s.The p r op e rti e s a t am b i e n t t

19、 e m p e ra tu r e,li n ea r c ha ng e o n he a ti n g,HMO R,c r e ep r e s i s ta nc e,the r m a l sho c k r e s i s t a nce,a nd the r m a lc o nduc ti v ity o f fou r ki n d s o f ca s ta b l e s w e re com p a red.It i s show n tha t a nd a l u s it e ba ux it e c a s tab l e s a nd a nd a l u s

20、 i t e fli n t c l a y ca s tab l e s show be tte r ho t p r o pe rti e s than ba ux ite ca s ta b l e s,w h i c h c a n b e use d a s the new c as ta b l e s fo r t u nd i s h pe r m ane nt li n i n g.Key wor ds:And a l u s i t e,C a s t a b l e s,P r o pe rti e sAuthors addr ess:He na n Key La bo

21、r a to ry o fAd va nc ed Re fr a c to ri e s,S i n os te e lLuo ya ng I ns tit u te o fRe fr a c to ri e s Rese a r c h C o.,Lt d.,Luoya ng471039,He na n,C h i n a(上接324頁(yè)E ff e ct of rare earth ox i d e on pr operti e s ofCaO-M gO-S O i2syste m bi o sol u b l e cera m i c fi b ers/W ang X it a ng, L

22、i u Hao,Zhang Baoguo,e t a l/Nai h uo Caili a o.-2010,44(5:321C aO-M gO-S O i2sys tem b i o so l u b l e c e r am i c fi b e rs w e r e m ad e b y m e l t i n g sp i n ni n g p r o ce ss us i n g na tura l w o ll a s to nite,t a l c,a nd qua rtz sa nd a s m a i n s t a rti n g m a te ri a l s,a nd r

23、a re ea rth o x i d e a s a dd iti v e.The v i s c os it y o f the m e lts,b i o so l u b ili t y a nd c rys ta lli z a ti o n b e ha v i o r a t hi g h t e m p e ra tu r e s o f the ce r am i c fi b e r s w e r e i n ve s ti g a t e d.The re su l t s i n d i c a te tha t the i n tr o duc ti o n o f

24、 r a r e e a rth ox i d e:(1b r o ad s the fi b e r fo r m i n g tem pe r a tur e r a ng e;(2red uc e s the so l u ti o n sp ee d o fC aO-M gO-S O i2sys tem b i o so l u b l e fi b e rs i n l u ng li q u i d bu t d oe snt c ha ng e the b i o so l u b l e a ttri b ute;(3s tre ng the ns the ne t w o r k s tr uc tu r e o f the fi b e rs and r e s tr a i n s the c r y s t a lli z a ti o n b e ha v i o r a t h