王 輝 崔慶陽(yáng)

(1.本溪鋼鐵集團(tuán)公司;2.洛陽(yáng)利爾耐火材料有限公司)

尖晶石對(duì)剛玉－尖晶石澆注料性能的影響

王 輝1崔慶陽(yáng)2

(1.本溪鋼鐵集團(tuán)公司;2.洛陽(yáng)利爾耐火材料有限公司)

以板狀剛玉(6 mm～1 mm、1 mm～0.5 mm、0.5 mm～0 mm)、燒結(jié)尖晶石顆粒(1 mm～0.5 mm)為骨料，電熔尖晶石細(xì)粉(≤0.044 mm)、白剛玉細(xì)粉(≤0.044 mm)、α － Al2O3微粉(≤5 μm，d50=2.01 μm)、純鋁酸鈣水泥為基質(zhì)，按骨料與基質(zhì)的質(zhì)量比為70∶30配料，以燒結(jié)尖晶石顆粒和電熔尖晶石細(xì)粉分別等量代替等粒徑的板狀剛玉和白剛玉細(xì)粉。結(jié)果表明:引入6%的電熔尖晶石細(xì)粉有利于提高試樣的強(qiáng)度，但體積密度降低，顯氣孔率增大，抗熱震性降低;而在引入6%電熔尖晶石細(xì)粉的基礎(chǔ)上，引入燒結(jié)尖晶石顆粒，試樣的強(qiáng)度、體積密度持續(xù)下降，顯氣孔率上升，當(dāng)燒結(jié)尖晶石顆粒引入量為6%時(shí)，抗熱震性最強(qiáng)。

剛玉－尖晶石澆注料 尖晶石 抗熱震性

0 前言

隨著現(xiàn)代煉鋼工業(yè)的發(fā)展，鋼包的冶煉條件日趨嚴(yán)酷，鋼包內(nèi)襯所用耐火材料的使用條件也越來(lái)越苛刻，傳統(tǒng)材質(zhì)的澆注料已無(wú)法滿足技術(shù)進(jìn)步的需求。剛玉－尖晶石澆注料是近幾年發(fā)展起來(lái)的新品種，以其良好的高溫性能在大型鋼包得到了廣泛應(yīng)用。

近年來(lái)對(duì)剛玉－尖晶石澆注料的研究頗多［1－2］，主要研究了純鋁酸鹽水泥、微粉、添加劑等對(duì)剛玉－尖晶石澆注料常溫及高溫性能的影響。由于該澆注料抗熱震性相對(duì)較差，使用條件比較苛刻，抗剝落性不太好，使用壽命短。尖晶石是一種合成原料，其熱膨脹系數(shù)小，氧化還原氣氛體積穩(wěn)定性好，抗SO3、堿式硫酸鹽侵蝕性強(qiáng)，對(duì)爐渣有選擇性吸收等優(yōu)良的理化性質(zhì)。下面筆者就不同粒度尖晶石加入量對(duì)剛玉－尖晶石澆注料常溫物理性能及抗熱震性影響進(jìn)行的研究作一闡述。

1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)以板狀剛玉(w(Al2O3)≥99.5%)、燒結(jié)尖晶石(w(Al2O3)≥75%)為骨料，以白剛玉細(xì)粉(w(Al2O3)＞99.3%)、α －Al2O3微粉(w(Al2O3)＞99.5%)、電熔尖晶石細(xì)粉(w(Al2O3)≥75%)為基質(zhì)，以純鋁酸鹽水泥(w(Al2O3)≥71%)作結(jié)合劑制備剛玉－尖晶石澆注料，骨料和基質(zhì)料的質(zhì)量比固定為70∶30。實(shí)驗(yàn)原料化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)原料的化學(xué)成分 wt%

以燒結(jié)尖晶石顆粒和電熔尖晶石細(xì)粉分別等量 代替相同粒度的板狀剛玉，試驗(yàn)原料配比見(jiàn)2。

表2 澆注料的配比 wt%

2 試樣的制備及性能檢測(cè)

2.1 試樣制備

將原料按配比混合均勻后，加入減水劑和適量的水，攪拌均勻后振動(dòng)成型為160 mm×40 mm×40 mm的長(zhǎng)方體，自然養(yǎng)護(hù)24 h后脫模，在空氣中自然干燥24 h，然后在烘箱里于110℃ ×24 h干燥，經(jīng)1550℃ ×3 h燒后進(jìn)行性能檢測(cè)。

2.2 性能測(cè)試

分別按 YB/T5200－1993、YB/T 5201－1993、YB/T 5203－1993測(cè)試經(jīng)110℃ ×24 h、1550℃ ×3 h處理后試樣的顯氣孔率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、線變化率。

抗熱震性的測(cè)試按如下方法進(jìn)行:將試樣在1100℃下保溫20 min后，風(fēng)冷20 min，反復(fù)3次后測(cè)定其殘余抗折強(qiáng)度。以試樣熱震后的殘余抗折強(qiáng)度保持率(強(qiáng)度保持率=熱震后抗折強(qiáng)度/熱震前抗折強(qiáng)度×100%)來(lái)評(píng)價(jià)材料的抗熱震性。

3 結(jié)果與討論

3.1 尖晶石對(duì)試樣抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響

不同尖晶石加入量對(duì)試樣抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響如圖1所示。由圖1可以看出，隨尖晶石引入量的不同，試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度變化趨勢(shì)基本一致。電熔尖晶石細(xì)粉含量和燒結(jié)尖晶石顆粒對(duì)110℃×24 h烘后試樣的強(qiáng)度影響不明顯。經(jīng)1550℃×3 h燒后試樣抗折強(qiáng)度隨著電熔尖晶石細(xì)粉引入量的不同變化幅度較大，當(dāng)引入量為6%時(shí)試樣強(qiáng)度最大，電熔尖晶石細(xì)粉引入量進(jìn)一步增大，強(qiáng)度降低。在引入尖晶石細(xì)粉6%的基礎(chǔ)之上，再以2%～8%燒結(jié)尖晶石顆粒等量代替板狀剛玉，燒后試樣強(qiáng)度均下降。

隨著電熔尖晶石細(xì)粉引入量的增加，燒后試樣的強(qiáng)度有較大波動(dòng)，在燒結(jié)的過(guò)程中剛玉向尖晶石的固溶量增加，能夠有效促進(jìn)試樣的燒結(jié)，試樣強(qiáng)度增大，當(dāng)電熔尖晶石細(xì)粉引入量為6%時(shí)，強(qiáng)度最大;進(jìn)一步增加電熔尖晶石細(xì)粉引入量時(shí)，尖晶石和剛玉之間固溶量增加，試樣結(jié)構(gòu)缺陷增多，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

圖1 尖晶石加入量對(duì)試樣強(qiáng)度的影響

在引入6%電熔尖晶石細(xì)粉的基礎(chǔ)之上，再引入2%～8%的燒結(jié)尖晶石顆粒，試樣的強(qiáng)度均呈明顯降低趨勢(shì)，當(dāng)燒結(jié)尖晶石顆粒引入量為4%時(shí)，試樣強(qiáng)度較大，但隨著尖晶石顆粒引入量的增大，強(qiáng)度又呈減小趨勢(shì)，剛玉細(xì)粉和尖晶石顆粒之間的固溶，使得顆粒邊緣或內(nèi)部有裂紋產(chǎn)生，降低試樣的強(qiáng)度。

3.1 尖晶石對(duì)試樣體積密度和氣孔率的影響

不同尖晶石引入量對(duì)試樣體積密度和顯氣孔率性能的影響如圖2所示。由圖2可以看出，在澆注料中引入尖晶石，110℃ ×24 h烘后和1550℃ ×3 h燒后試樣均呈體積密度減小、顯氣孔率增大趨勢(shì);當(dāng)固定電熔尖晶石細(xì)粉引入量為6%，引入2% ～8%燒結(jié)尖晶石顆粒后，試樣體積密度更進(jìn)一步減小，顯氣孔率增大。

剛玉向尖晶石中大量的固溶，使得顆粒之間存在大量微裂紋，體積密度降低，顯氣孔率增大;當(dāng)在引入6%電熔尖晶石細(xì)粉的基礎(chǔ)之上，再次引入燒結(jié)尖晶石顆粒時(shí)，體積密度迅速降低，疑似是由于剛玉向尖晶石顆粒中開(kāi)始固溶，使得部分顆粒外圍甚至顆粒內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，顯氣孔率增大。

圖2 尖晶石加入量對(duì)試樣體積密度、顯氣孔率的影響

3.3 尖晶石對(duì)試樣線變化率的影響

不同尖晶石引入量對(duì)試樣線變化率的影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨著尖晶石細(xì)粉含量的增加，試樣的線變化率呈先減小后增大，當(dāng)電熔尖晶石細(xì)粉引入量為8%時(shí)線變化率最小;當(dāng)固定晶石細(xì)粉引入量為6%時(shí)，引入尖晶石顆粒，隨著尖晶石顆粒引入量的變化，試樣的線變化率逐漸增大。

圖3 尖晶石加入量對(duì)試樣線變化率的影響

隨著電熔尖晶石細(xì)粉量的增加，剛玉向尖晶石中有少量的固溶，有效促進(jìn)試樣的燒結(jié)，線變化率減小;隨著尖晶石引入量的增加，剛玉和尖晶石之間的固溶量有所增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷較多，剛玉顆粒之間有微裂紋存在，而呈現(xiàn)膨脹趨勢(shì);當(dāng)引入尖晶石顆粒時(shí)，在尖晶石顆粒的周?chē)瑯影l(fā)生剛玉和尖晶石之間發(fā)生固溶，在尖晶石顆粒邊緣甚至內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋，使得試樣線變化率增加。

3.4 尖晶石對(duì)試樣抗熱震性的影響

尖晶石引入量對(duì)試樣抗熱震性的影響如圖4所示。由圖4可以看出，隨著電熔尖晶石細(xì)粉引入量的增加，抗熱震性降低;當(dāng)引入燒結(jié)尖晶石顆粒為2%時(shí)，抗熱震性迅速增強(qiáng)，引入量為6%時(shí)，抗熱震性最優(yōu)，而當(dāng)尖晶石顆粒引入量增加至8%時(shí)，抗熱震性有所下降。

圖4 尖晶石加入量對(duì)試樣抗熱震性的影響

剛玉細(xì)粉和純鋁酸鹽水泥生成呈板狀結(jié)構(gòu)的CA6，具有良好的抗熱震性［3－4］，隨著尖晶石引入量的增大，剛玉細(xì)粉的引入量減少，生成的CA6量減小，試樣的抗熱震性有降低趨勢(shì);當(dāng)電熔尖晶石細(xì)粉的加入量固定為6%時(shí)，再引入燒結(jié)尖晶石顆粒，在尖晶石顆粒表面也發(fā)生剛玉和尖晶石之間的固溶，而導(dǎo)致尖晶石顆粒表面或者內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，阻擋了基質(zhì)中破壞性裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，能夠有效的提高試樣的抗熱震性，當(dāng)燒結(jié)尖晶石顆粒的引入量為6%時(shí)，抗熱震性最優(yōu)，進(jìn)一步增大燒結(jié)尖晶石顆粒的含量，原因?yàn)榧饩窟^(guò)高，在試樣中產(chǎn)生的微裂紋在熱震過(guò)程中發(fā)展成為破壞性裂紋，抗熱震性下降。

4 結(jié)論

1)當(dāng)電熔尖晶石細(xì)粉，能夠有效促進(jìn)試樣的燒結(jié)，當(dāng)引入量為6%時(shí)強(qiáng)度最大;進(jìn)一步增加尖晶石引入量，其抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度均降低。

2)隨著尖晶石引入量的增加，110℃ ×24 h烘后和1550℃ ×3 h燒后試樣的體積密度下降，顯氣孔率增大。

3)適量尖晶石的引入，可改善試樣的抗熱震性，當(dāng)電熔尖晶石細(xì)粉和燒結(jié)尖晶石顆粒含量均為6%時(shí)，試樣的抗熱震性最優(yōu)。

［1］ 任俊輝，任耘，張軍戰(zhàn)，等.尖晶石對(duì)剛玉－尖晶石澆注料性能的影響［J］.硅酸鹽通報(bào)，2009，28(1):90 －93.

［2］ 韓斌，王會(huì)先，趙世杰，等.尖晶石粒度對(duì)高純剛玉－尖晶石澆注料性能的影響［J］.耐火材料，2002，36(4):187 －189.

［3］ Diaz L A，Torrecillas R，Aza A H，et al.Effect of spinel content on slag attack resistance of high alumina refractory castables［J］.J Eur Ceram Soc，2007，27(16):4623 －4631.

［4］ Ko Y C，Chan C F，Effect of spinel content on hot strength of alumina－spinel castables in the temperature range 1000～1500℃［J］.J Eur Ceram Soc，1999，19(15):2633 －2639.

EFFECT OF SPINEL ON PROPERTIES OF CORUNDUM－SPINEL CASTABLES

Wang Hui1Cui Qingyang2

(1.Benxi Iron and Steel(Group)Co.，Ltd;2.Luoyang Li’er Group Refractory Materials Co.，Ltd)

Corundum －spinel castables was prepared using tabular alumina(6 mm ～1 mm，1 mm ～0.5 mm，0.5 mm～0 mm)and sintered spinel particles(1 mm ～0.5 mm)as aggregate，fused spinel powder(≤ 0.044 mm)，white fused alumina powder(≤0.044 mm)，α － Al2O3powder(≤5 μm，d50=2.01 μm)and pure calcium aluminate cement(CAC)as matrix.The mass percent of aggregate and matrix was 70:30.White alumina powder and tabular alumina were replaced by fused spinel powder and sintered spinel particles respectively.The results showed that:the introduction of 6%of fused spinel powder samples can improve the cold strength，but lower bulk density，apparent porosity increases，the thermal shock resistance decreased;on the base of the introduction of 6%of fused spinel powder，sintered spinel particles addition increase，bulk density and cold strength decreases，increased apparent porosity，when the sintered spinel particles addition is 6%，the thermal shock resistance is best.

corundum－spinel castables spinel thermal shock resistanc

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2011—4—2