鎂質(zhì)耐火澆注料性能受不同結合劑的影響有多大?

訪(fǎng)問(wèn)量:

鎂質(zhì)耐火材料具有抗堿性熔渣侵蝕性能優(yōu)異,氧潛能指數低,不污染鋼水,原料來(lái)源豐富等優(yōu)點(diǎn),在鋼鐵冶金工業(yè)尤其是潔凈鋼的生產(chǎn)和建材工業(yè)等的高溫熱工設備中有著(zhù)廣闊的應用前景。鎂質(zhì)澆注料的使用性能同其結合系統直接相關(guān)。結合劑選擇不當,澆注料在干燥過(guò)程中會(huì )因水化而龜裂,在高溫下會(huì )因低熔點(diǎn)相過(guò)多而明顯降低爐襯的使用壽命。在鎂質(zhì)澆注料的結合系統中,MgO-SiO?-H?O、MgO-MgCl?-H?O和ρ-Al?O?因同MgO生成液相的溫度高(分別為1800℃、2800℃和1995℃)而受到重視。本文主要研究了上述3類(lèi)結合劑對鎂質(zhì)澆注料性能的影響。

試 驗

1.1 原料

澆注料采用電熔鎂砂為主要原料。電熔鎂砂的粒度分別為5~3mm、3~1mm、1~0mm和<0.088mm,其化學(xué)組成(w)為:MgO 96.58%,CaO 1.05%,SiO? 0.86%,Fe?O? 0.63%。氧化硅微粉為ElkemU971,其中w(SiO?)為0.96.84%。氯化鎂為工業(yè)級,其中w(MgCl?•6H?O)>98%。ρ-Al?O?原料中w(Al?O?)為93.45%,灼減為6.10%,d50約5μm。

1.2 試樣的制備及性能檢測

采用一定的顆粒級配,改變結合劑的種類(lèi)和加入量,加水混合均勾后振動(dòng)成型為40mm×40mm×160mm的試樣,室溫下養護24h后脫模,經(jīng)110℃24h、1100℃3h和1600℃3h處理,然后測量試樣的顯氣孔率、耐壓強度和抗折強度。

將110℃24h干燥后的試樣于100℃沸水中浸漬5h后測量其抗折強度,并計算抗折強度殘余率(浸漬后抗折強度/浸漬前抗折強度×100%)??拐蹚姸葰堄嗦试酱?,表明材料的抗水化性能越好。

結果與討論

2.1 結合劑對110℃24h干燥后試樣的耐壓強度、顯氣孔率和抗水化性能的影響

采用SiO?微粉、MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑,改變結合劑加入量,制備的鎂質(zhì)澆注料在110℃24h干燥后的耐壓強度和顯氣孔率見(jiàn)圖1。結果表明:隨著(zhù)結合劑含量的增加,澆注料的耐壓強度逐漸提高,顯氣孔率有所下降。采用SiO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時(shí),澆注料的耐壓強度明顯高于采用ρ-Al?O?的。

圖1 結合劑含量對110℃24h干燥后試樣的耐壓強度和顯氣孔率的影響

選取較理想的結合劑含量(SiO?微粉4%,MgCl?•6H?O 2%,ρ-Al?O? 4%),研究了3種結合劑結合的鎂質(zhì)澆注料的抗水化性能,結果見(jiàn)圖2??梢钥闯觯翰捎肧iO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時(shí),材料抗水化試驗后的抗折強度殘余率高,材料的抗水化性能優(yōu)良;而ρ-Al?O?結合澆注料的抗水化性能較差。這主要同結合劑的水化反應機理有關(guān)。SiO?微粉和MgCl?•6H?O水化過(guò)程中通過(guò)和MgO發(fā)生反應(反應型),分別在鎂砂顆粒表面逐漸形成MgO-SiO?-H?O凝膠和氯氧鎂凝膠層,阻礙了MgO的水化反應,對顆粒內部的MgO起到保護作用;而ρ-Al?O?結合劑水化過(guò)程中同鎂砂反應困難(非反應型),水化反應后主要生成三水鋁石和勃姆石凝膠,填充于鎂砂顆粒之間起到結合作用,但由于未能同鎂砂反應生成保護層,澆注料中鎂砂同水的接觸面多,易于發(fā)生水化反應,因此,澆注料的抗水化性能較差。此外,SiO?微粉能明顯改善澆注料的成型性能,降低澆注料的顯氣孔率,這是加入SiO?微粉的澆注料抗水化性能優(yōu)良的另一個(gè)重要原因。

圖2 采用不同結合劑的鎂質(zhì)澆注料的抗水化性能

2.2 結合劑對1100℃3h熱處理后試樣的耐壓強度和顯氣孔率的影響

結合劑對1100℃3h熱處理后的鎂質(zhì)澆注料的耐壓強度和顯氣孔率的影響見(jiàn)圖3。與110℃24h干燥后的試樣相比,在結合劑種類(lèi)和含量相同的情況下,經(jīng)1100℃3h熱處理后的試樣,其顯氣孔率明顯提高,而耐壓強度則出現不同程度的降低,其中以MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑的澆注料的強度下降較大。這主要是由于加熱過(guò)程中水化物的分解反應引起的。隨著(zhù)處理溫度的升高,澆注料中的水化物逐漸脫去結晶水和結構水,凝膠結構被破壞,而材料中尚未形成陶瓷結合,因此結合強度降低。從理論上講,當3種結合劑所形成的水化物3MgO•2SiO?•2H?O、Al(OH)?+Al0OH和5Mg(OH)?•MgC1?•8H?O完全發(fā)生分解反應時(shí),其質(zhì)量損失率分別為139、26.19和54.49。由此可見(jiàn),MgC1?•6H?O和ρ-Al?O?結合系統在加熱過(guò)程中的質(zhì)量損失率高,材料結構破壞較大,澆注料強度損失大。

圖3 結合劑含量對1100℃3h熱處理后鎂質(zhì)澆注料耐壓強度和顯氣孔率的影響

2.3 結合劑對1600℃3h燒成后試樣的耐壓強度的影響

結合劑對1600℃3h燒成后鎂質(zhì)澆注料耐壓強度的影響見(jiàn)圖4??梢钥闯?,隨著(zhù)結合劑含量的提高,澆注料的耐壓強度呈現不同的變化規律:隨著(zhù)SiO?微粉含量的增加,澆注料的耐壓強度增大;繼續增加SiO?微粉含量,澆注料的耐壓強度下降。氯氧鎂結合劑的分解產(chǎn)物為MgO,對鎂質(zhì)耐火材料的耐壓強度影響較小。隨著(zhù)ρ-Al?O?加入量的提高,澆注料的耐壓強度逐漸降低,這主要同材料中鎂鋁尖晶石的生成反應有關(guān),當ρ-Al?O?加入量較多時(shí),尖晶石化反應所引起的體積膨脹效應會(huì )造成材料的組織結構疏松,使澆注料的耐壓強度降低。

圖4 結合劑含量對1600℃3h燒成后鎂質(zhì)澆注料的耐壓強度的影響

結 論

(1)對于110℃24h干燥后試樣,采用SiO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時(shí),試樣的耐壓強度和抗水化性能優(yōu)于采用ρ-Al?O?為結合劑的試樣。

(2)采用MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑時(shí),1100℃3h熱處理后澆注料的耐壓強度明顯下降。

(3)對于1600℃3h燒成后的澆注料,其耐壓強度隨SiO?微粉含量的增加先增大后減小,隨ρ-Al?O?加入量的增大明顯降低,而MgCl?•6H?O對其耐壓強度的影響較小。

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