2-01(武科大 彭从华)镁砂加入量对水合氧化铝结合铝镁质浇注料性能的影响.doc

镁砂细粉加入量对水合氧化铝结合铝镁质浇注料性能的影响彭从华 1,2) 梁永和1) 游道铭2) 曹志明1)1)武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北重点实验室 武汉4300812)武钢耐火材料有限责任公司摘 要 研究了镁砂细粉加入量对水合氧化铝结合铝镁质浇注料常温物理性能、热震稳定性和抗渣性能的影响。结果表明：加入适量的镁砂细粉,常温下浇注料的物理性能良好；高温下镁砂细粉与氧化铝反应形成镁铝尖晶石,能提高浇注料的热震稳定性和抗渣侵蚀性能。本实验条件下，镁砂细粉的加入量以4%为适。关键词 镁砂细粉 浇注料 物理性能 热震稳定性 抗渣侵蚀性铝镁质浇注料因其具有良好的抗渣侵蚀和渗透的优点，被广泛地应用在钢包内衬上。目前，铝镁浇注料多采用铝酸钙水泥作结合剂，但加入的水泥不可避免地会在浇注料中引入CaO，这对浇注料的抗渣性能不利1。而以水合氧化铝（-Al2O3）替代铝酸钙水泥结合剂的高纯铝镁质浇注料，其荷重软化温度和抗渣性能均提高2。对以纯铝酸钙水泥为结合体系的铝镁质浇注料，镁砂细粉的加入量的研究已有不少的报道，而以水合氧化铝为结合体系的铝镁质浇注料，镁砂细粉的加入量研究不多。本文主要研究了镁砂细粉加入量对水合氧化铝结合高纯铝镁质浇注料性能的影响。1 实验1.1原料及配比试验采用电熔白刚玉、电熔镁砂细粉、-Al2O3微粉、SiO2微粉、水合氧化铝微粉等原料，原料的化学成份见表1。浇注料骨料的临界粒度为8 mm，由粒度为85 mm、53 mm、31 mm和1 mm的4级电熔白刚玉组成；基质料由白刚玉粉（0.063 mm）、电熔镁砂粉（0.088 mm）、-Al2O3微粉（d50=2.5 m）、水合氧化铝和外加剂组成。骨料与基质料的质量比为7030。固定白刚玉骨料、SiO2微粉、水合氧化铝和-Al2O3微粉的含量，分别采用加入不同量的镁砂细粉进行对比试验。表1 原料的化学成份(w)项目Al2O3MgOCaOSiO2Fe2O3Na2O电熔白刚玉99.460.110.130.11电熔镁砂0.2795.780.952.50.130.26-Al2O3微粉99.70.020.010.27- Al2O3微粉91.610.190.060.31SiO2微粉0.621.520.4589.722.481.2 试样的制备及性能的检测将不同的原料按配比混合后，加入适量的水（约4.5%），充分搅拌后振动成型为40 mm40 mm160 mm的试样，室温下养护24 h后脱模，分别经110 24 h、1100 3 h 、1600 3 h处理，然后测试样的显气孔率、体积密度、耐压强度和抗折强度；浇注料的抗热震性以1600 3 h处理后试样经1100 水冷1次后的抗折强度保持率表征。抗折强度保持率=（试样热震后抗折强度/热震前抗折强度）100抗渣试验采用静态坩埚法。将浇注料浇注成外形尺寸为70.7 mm70.770.7 mm，内孔尺寸为3020 mm40 mm的坩埚，自然养护24 h后脱模，再在烘箱内于110 干燥24 h。在干燥后坩埚中放入30 g转炉终渣（其化学组成（w）如下：Al2O3 1.55%，MgO 6.87%，CaO 52.15%，SiO2 14.28%，Fe2O3 26.70%，TiO2 0.79%，MnO1.73%），在1600 下保温3 h，冷却后沿坩埚轴线切开，计算坩埚试样的侵蚀和渗透深度。2 结果与讨论2.1镁砂细粉加入量对常温物理性能的影响图1示出了镁砂细粉加入量对不同处理温度后浇注料的显气孔率、抗折强度和线变化率的影响。图1 镁砂细粉加入量对浇注料物理性能的影响从图1可以看出，随着镁砂细粉加入量的增加，常温干燥后试样的显气孔率先变小后增大，强度则先上升后下降。其主要原因：由于水合氧化铝水化后可与镁砂表面的氢氧化镁（水化产物）生成一种类似滑石状的化合物(Mg4Al2)(OH)12(CO3)(H2O)6，并且该化合物还能与镁砂表面的Mg(OH)2形成羟基结合，提高结合强度3,4。因此，随着镁砂细粉加入量的增加，浇注料中Mg(OH)2和(Mg4Al2)(OH)12(CO3)(H2O)6生成的数量也多，使得其填充在浇注料的空隙中，降低浇注料的显气孔率，增强基质结合，提高浇注料的强度；但当镁砂细粉加入量超过一定量时，镁砂水化程度加剧，导致浇注料的流动性变差，显气孔率反而增大，强度降低。随着镁砂细粉的增加，经1100,3h和1600,3h处理后试样的，显气孔率提高，线变化率增大。中温时,浇注料的线变化率变化不大,是由于此温度下的镁砂细粉与刚玉细粉并没有大量反应生成尖晶石,只处于初始阶段,仅在物料的接触界面上有少量的反应。而高温时,线变化率的变化很大，尤其是当镁砂细粉加入量超过4%时,主要是由于热处理过程中MgAl2O4大量形成引起的。体积膨胀可导致浇注料的显气孔率提高，致密度下降,当膨胀较大时则导致浇注料结构变得疏松，强度下降。2.2镁砂细粉加入量对热震稳定性的影响图2 试样热震后抗折强度保持率经1100 水冷一次后，浇注料的抗折强度保持率与镁砂粉加入量的关系见图2。从图中可以看出，随着镁砂细粉加入量的增加，浇注料的抗折强度保持率先上升后下降。镁砂粉加入量在2%6%之间时，热震后的强度损失较小，保持较高的残余强度，而镁砂粉加入量超过6%时，强度损失较大。主要是由于高温下镁砂细粉与刚玉细粉反应形成尖晶石会产生体积膨胀，镁砂粉加入量越多，尖晶石形成的数量越多，体积膨胀越大。适当的体积膨胀所产生的微裂纹可缓解热应力，提高浇注料的热震稳定性；过大的体积膨胀会使浇注料结构疏松，缺陷增多，降低热震稳定性5。2.3镁砂细粉加入量对抗渣性能的影响图3为抗渣实验后坩锅的形貌（镁砂加入量为0的坩锅在切割时破裂，故未示出）；表2为镁砂细粉加入量与渣侵蚀（渗透）深度的关系。由表可以看出：随着镁砂细粉加入量的增加，浇注料的渣侵蚀深度下降；而渣渗透深度在镁砂细粉加入量为24时较小，当不加镁砂细粉或加入量大于4%时，渗透深度较大。 镁砂,2% 镁砂,4% 镁砂,6% 镁砂,8%图3 抗渣实验后坩锅的形貌表2渣对浇注料的侵蚀深度和渗透深度（mm）镁砂细粉加入量，02468侵蚀深度，mm2.11.91.51.20.7渗透深度，mm1.30.50.41.52.8其主要原因：在高温条件下，基质中的镁砂细粉与刚玉细粉反应生成的MgAl2O4，可捕捉熔渣中的FeO、MnO，即占领阳离子空穴并置换部分MgO形成复合尖晶石固溶体，能提高浇注料的抗渣侵蚀性能。同时渣中的CaO可与浇注料中的Al2O3反应生成高熔点的柱状CA6和少量的CA2产生体积膨胀，加上生成MgAl2O4所产生的体积效应，抵消浇注料的收缩后仍呈微膨胀，能阻塞气孔，抑制熔渣的渗透。当镁砂细粉加入量少时，生成的镁铝尖晶石量少，固溶FeO、MnO少，抗侵蚀能力不佳；而当镁砂粉的加入量太多时，加入的镁砂粉完全与Al2O3反应，使基质中的刚玉相消失，抑制CaO渗透的能力减弱；另一方面，镁砂细粉加入量过多时，产生的体积膨胀较大，浇注料的显气孔率提高，也不利于浇注料抗渗透性能的提高。综合镁砂细粉加入量对浇注料抗渣侵蚀和渗透性能的影响，镁砂细粉的加入量4为适。3 结论（1） 加入适量的镁砂细粉，浇注料干燥后的强度较高，显气孔率较低，经高温处理后线变化率为微膨胀。（2） 加入适量的镁砂细粉， 高温下镁砂细粉与氧化铝反应形成镁铝尖晶石，能提高浇注料的热震稳定性和抗渣侵蚀性能。（3） 本实验条件下，镁砂细粉的加入量以4%为适。参考文献1 Vezza T F,Richter T,Landy R A. Slag corrosion mechanisms of cement-free Al2O3-MgO castables. Proc of UNITECR97. New Orleans,USA,1997:2332 2 张三华,周宁生,毕振勇,等.自结合高纯铝镁钢包浇注料的研究. 第十届冀鲁豫三省耐火材料学术会议论文集,信阳,2002,183 G.YE and T. TROCZYNSKI. Ceramics International (accepted) 4 GUOTIAN YE, TOM TROCZNSKI. Effect of magnesia on strength of hydratable alumina-bonded