耐火浇注料、镁质耐火砖、铝质耐火砖、耐火原料
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铝矾土骨料对铝镁基耐火浇注料的影响有哪些?
来源: AnyBody | 日期: 2020-03-19 | 点击: 1464 | 打印本页 | 返回列表  


骨料对浇注料的性能有很重要的影响,研究骨料的种类对浇注料性能的影响,对提高耐材使用寿命,降低耐材成本有重要的意义。本文从86级均化矾土骨料替代稍高品位矾土骨料甚至棕刚玉骨料角度出发,研究了水泥结合体系下不同矾土骨料对铝镁质浇注料性能的影响,并与以棕刚玉为骨料的试样作对比,同时采用感应炉抗渣试验并结合热化学软件FactSage6.2模拟分析了熔渣和耐火材料的反应,进一步分析均化矾土基铝镁浇注料的抗渣侵蚀机理,这对了解均化矾土的性能优势以及使用范围具有重要的意义。

试验原料

试验以均化矾土(粒度为5~3mm、3~1mm、1~0mm)、回转窑矾土(粒度为5~3mm、3~1mm、1~0mm)、倒焰窑矾土(粒度为5~3mm、3~1mm、1~0mm)、棕刚玉(粒度为5~3mm、3~1mm、1~0mm)为骨料。棕刚玉细粉、镁砂细粉、Secar71水泥、活性α-Al2O3微粉以及ElkemSiO2微粉为基质,三聚磷酸钠和六偏磷酸钠为减水剂。试验所用原料的化学组成列于表1。

表1  原料的主要化学组成(wt%)

试样制备

试验配方如表2所示。以均化矾土、回转窑矾土、倒焰窑矾土、棕刚玉为骨料的试样分别命名为试样HC、试样GC、试样DC以及试样BC。按照试验配方称好原料,加入适量的水,充分搅拌后,振动成型为40×40×160mm的长条试样,成型好的试样在室温下养护24h后脱模,然后放入烘箱内经110℃烘干24h,最后将烘好的试样置于CSL高温烧结炉内于1100℃和1600℃热处理3h。待炉温冷却至室温后,取出试样,进行性能检测。

表2  试验配方(wt%)

试验性能测试

(1)常温物理性能

分别按照GB/T2997-2000、GB/T5072-2008、GB/T3001-2000、GB/T5988-2004检测干燥后试样的显气孔率和体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度和试样烧后的线变化率。

(2)抗热震性

将1100℃热处理3h后的试样置于预先加热至1100℃的电炉中(空气气氛下),保温30min后取出试样迅速浸入循环水中,之后将试样置于空气中5min。重复试验,反复3次,试验结束后,根据1100℃水冷3次后试样的破损情况或者残余强度来评价其热震稳定性。

(3)抗渣性

采用感应炉法来评价试样的抗渣性,试验装置示意图见图1。将经过110℃干燥24h后的长条试样浇注至坩埚里,装入感应熔炼炉。浇注好的坩埚如图2所示。动态感应炉抗渣试验步骤为:先在坩埚内先放入6kg左右的普通钢,通电加热,待钢全部熔化后,加入308g的钢包渣,渣的化学成分如表3所示,渣的碱度n(CaO)/n(SiO2)=4.56。待钢块与熔渣完全熔融时开始计时,温度控制在1600℃,0.5h后停炉。试验结束后,从坩埚中取出残余试样,除去挂渣后,沿试样纵向轴方向从中间位置切开,分别用侵蚀面积(或侵蚀速率)和渗透面积来表征试样的侵蚀程度和试样的渗透程度,其中借助AdobeAcrobatPro软件分析测量试样的侵蚀和渗透面积。

左图1渣侵蚀试验后坩埚截面示意图 
右图2浇注后的坩埚经过干燥后的图片

表3 钢包渣的化学组成(wt%)

抗渣试验结束后测量各试样的侵蚀深度,计算侵蚀速率以及试样的侵蚀面积和渗透面积。侵蚀速率的计算方法为:图3所示的是感应炉渣侵蚀后试样的侧面示意图。如图所示,h0为试样的原始高度,测量试样的残余高度h1,则渣蚀后试样的最大侵蚀深度为h2=h0-h1,其中侵蚀速率按照下式计算:

式中:υ为侵蚀速率,mm·h-1;h为渣蚀后试样的最大侵蚀深度,mm;t为侵蚀时间,h。

图3  感应炉试验后试样侧面示意图

侵蚀面积和渗透面积的计算方法为:感应炉渣侵蚀后试样的截面示意图见图4。如图所示,先选定试样的统计区域(各组对比试样的选定区域一样,选定统计区域的方法为:从渣线的位置开始沿长度方向取一定长度,该长度根据侵蚀情况而定,但各组试样在长度方向上取的长度一样),测量统计区域内的侵蚀面积S1和渗透面积S2。

图4  感应炉试验后试样截面示意图

结论

(1)含不同矾土骨料的铝镁浇注料试样由于生成尖晶石含量的不同,试样的常温性能差别较大。经1600℃热处理后,水泥结合的均化矾土基铝镁浇注料经高温处理后体积收缩,与含倒焰窑矾土骨料的试样相比,线变化率较大,试样耐压强度较低,抗热震性能较差。

(2)通过感应炉抗渣试验,结果表明:采用水泥结合的铝镁浇注料,以86级均化矾土为骨料的试样抗渣侵蚀性能与采用88级回转窑矾土和88级倒焰窑矾土为骨料的试样相比相差不大,但均化矾土基浇注料试样的抗渣渗透性能较差。

(3)渣蚀后均化矾土基铝镁浇注料在热面附近会在骨料周围生成较大的裂纹,对试样的抗渣渗透性能不利。

(4)结合显微结构分析以及三种矾土骨料与渣反应的热力学模拟结果,可以得出:矾土骨料试样与熔渣反应后产物为刚玉、尖晶石、CA6和低熔点相(C2AS和CAS2),其中均化矾土骨料与熔渣的反应会生成CA6,而基质与熔渣的反应为尖晶石向渣中的直接溶解。



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