Cr2O3對(duì)礬土基噴涂料性能的影響＊

張 巍 戴文勇

（派力固（大連）工業(yè)有限公司 遼寧 大連 116600）

Cr2O3對(duì)礬土基噴涂料性能的影響＊

張 巍 戴文勇

（派力固（大連）工業(yè)有限公司 遼寧 大連 116600）

以鋁礬土為主要原料，鋁酸鈣水泥、硅微粉為結(jié)合系統(tǒng)，分別研究了不同添加量的Cr2O3對(duì)礬土基噴涂料性能的影響。試樣自然干燥24h脫模后，再經(jīng)110℃烘干24h，分別于1 000℃、1 300℃和1 500℃熱處理3h。檢測(cè)各溫度熱處理后試樣的線變化率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度以及試樣的熱膨脹系數(shù)、耐磨性能和抗熱震性能。結(jié)果表明，在礬土基噴涂料中添加Cr2O3不利于提高材料的低溫和中溫強(qiáng)度，但利于提高材料的高溫強(qiáng)度；在礬土基噴涂料中添加Cr2O3不能提高材料的耐磨性能；試樣中添加Cr2O3后增大了試樣的熱膨脹系數(shù)。添加適量的Cr2O3可提高試樣的抗熱震性能；過量的添加Cr2O3會(huì)對(duì)試樣的抗熱震性產(chǎn)生負(fù)面的影響。

Cr2O3噴涂料 熱處理溫度 耐磨性能 熱膨脹系數(shù) 抗熱震性能

前言

礬土基噴涂料具有氧化鋁含量高，耐火度高，強(qiáng)度高和耐磨性好等優(yōu)良性能，主要用于工業(yè)窯爐的襯里［1～3］。其中用量最多的為冶金工業(yè)，鋼鐵冶金工業(yè)的高爐、熱風(fēng)爐、加熱爐、均熱爐，以及有色金屬工業(yè)的回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐、熔鋁爐和有色金屬加熱爐等熱工設(shè)備［4～5］。為進(jìn)一步改善礬土基噴涂料的性能，本工作在已有研究的基礎(chǔ)上［6～8］，研究了在礬土基噴涂料中添加不同含量的分析純Cr2O3對(duì)材料性能的影響，以適應(yīng)不斷苛刻的應(yīng)用條件。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及方案

本實(shí)驗(yàn)的主要原料為鋁礬土、板狀剛玉、葉臘石、藍(lán)晶石、硅微粉和鋁酸鈣水泥。所用原料的主要化學(xué)組成見表1。

表1 原料的主要化學(xué)組成（質(zhì)量%）Tab.1 Chemical compositions of raw materials

礬土基噴涂料的配方如表2所示。按照表2配方組成進(jìn)行配料。具體是將骨料及粉料加入攪拌罐中，攪拌均勻后再加入水?dāng)嚢?min，然后制備成160mm×40 mm×40mm的試樣。試樣經(jīng)110℃烘干后分別于1 000℃、1 300℃和1 500℃保溫3h煅燒，分別測(cè)試經(jīng)過不同熱處理溫度后試樣的體積密度、線變化率、抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度。制備直徑20mm×100mm的試樣，用于測(cè)試材料的熱膨脹系數(shù)。制備114mm×114mm×25 mm的試樣，用于測(cè)試材料的耐磨性。制備160mm×40mm×40mm的試樣，經(jīng)110℃烘干再經(jīng)1 300℃保溫3h煅燒，用于測(cè)試材料的抗熱震性。

表2 礬土基噴涂料的配方組成（質(zhì)量%）Tab.2 Composition of bauxite based gunning refractory

1.2 性能測(cè)試

采用YB/T5200－1993致密耐火澆注料顯氣孔率和體積密度試驗(yàn)方法，YB/T5203－1993致密耐火澆注料線變化率試驗(yàn)方法，YB/T5201－1993致密耐火澆注料常溫抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，分別檢測(cè)燒成后試樣體積密度、線性變化率、抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度。采用GB/T 7320.1—2000耐火材料熱膨脹試驗(yàn)方法——頂桿法檢測(cè)試樣的熱膨脹系數(shù)。采用GB/T18301—2001耐火材料常溫耐磨性試驗(yàn)方法檢測(cè)試樣的常溫耐磨性。用游標(biāo)卡尺測(cè)定試樣的收縮量，并通過計(jì)算求得它的線性變化率及體積密度。

用日本產(chǎn)CT－1000型抗折實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的抗折強(qiáng)度。用日本產(chǎn)MS－20－S1型耐壓試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的耐壓強(qiáng)度。用RPZ－03型高溫?zé)崤蛎泝x測(cè)試試樣的熱膨脹系數(shù)。用NM－2型耐磨試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的常溫耐磨性。用RZ－2A型高溫?zé)嵴鸱€(wěn)定性試驗(yàn)爐測(cè)試試樣的抗熱震性。

實(shí)驗(yàn)工藝：將電爐升溫到1 100℃±10℃保溫30 min，然后將試樣迅速放入電爐中，在1 100℃保溫15 min，使試樣從表面到內(nèi)部受熱均勻后，將試樣取出，置于室溫循環(huán)水中快冷。試樣在水中冷卻3min后立即取出，在空氣中自然冷卻至室溫，重復(fù)5次，測(cè)量試樣殘余強(qiáng)度并計(jì)算抗折強(qiáng)度保持率。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cr2O3添加量對(duì)試樣物理性能的影響

試樣在烘干后和燒結(jié)后的物理性能如表3所示。由表3可以看出：①含有不同添加量Cr2O3的試樣經(jīng)過110℃烘干，以及經(jīng)過1 000 ℃、1 300 ℃和1 500 ℃熱處理后，體積密度呈現(xiàn)先減小后增大的變化規(guī)律。3組試樣經(jīng)過110℃烘干和1 000℃熱處理后，試樣的體積密度隨著Cr2O3添加量的增加而減?。唤?jīng)過1 300℃熱處理后，3組試樣的體積密度相差不大；經(jīng)過1 500℃熱處理后，試樣的體積密度隨著Cr2O3添加量的增加而增大。②含有不同添加量Cr2O3的試樣經(jīng)過110℃烘干后，3組試樣的線收縮率相差不大；經(jīng)過1 000℃和1 300℃熱處理后，試樣C1和C2的線收縮率要小于C0的線收縮率；而經(jīng)過1 500℃熱處理后，試樣C1和C2的線收縮率要大于C0的線收縮率。同時(shí)，試樣經(jīng)過110℃烘干，以及經(jīng)過1 000℃、1 300℃和1 500℃熱處理后，含有Cr2O3的兩組試樣C1和C2之間的線收縮率相差不明顯。③含有不同添加量Cr2O3的試樣經(jīng)過110℃烘干，以及經(jīng)過1 000℃、1 300℃和1 500℃熱處理后，抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小后增大的變化規(guī)律。試樣經(jīng)過110℃烘干，以及經(jīng)過1 000℃和1 300℃熱處理后，添加Cr2O3試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度均小于未添加Cr2O3試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度。

而經(jīng)過1 500℃熱處理后，添加Cr2O3試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度大于未添加Cr2O3試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度。

表3 試樣的物理性能Tab.3 Physical properites of specimens

2.2 Cr2O3添加量對(duì)試樣耐磨性能的影響

圖1示出了含有不同添加量Cr2O3的試樣經(jīng)過1 000℃和1 300℃熱處理后的磨損量。由圖1可以看出，經(jīng)過1 000℃熱處理后未添加Cr2O3的試樣C0的磨損量小于添加Cr2O3的試樣C1和C2；而經(jīng)過1 300℃熱處理后，C1試樣的磨損量大于C0試樣的磨損量，C2試樣的磨損量也未明顯小于C0試樣的磨損量。由此可以得出，在礬土基噴涂料中添加Cr2O3不能提高材料的耐磨性能。

圖1 Cr2O3添加量對(duì)試樣常溫耐磨性的影響Fig.1 Effect of addition of Cr2O3on abrasion resistance of specimens

2.3 Cr2O3添加量對(duì)試樣熱膨脹系數(shù)的影響

圖2示出了含有不同添加量Cr2O3試樣的熱膨脹系數(shù)與熱處理溫度的關(guān)系曲線。由圖2可以看出，添加Cr2O3試樣C1和C2兩組試樣的熱膨脹系數(shù)要略大于未添加Cr2O3試樣C0的熱膨脹系數(shù)，并且添加Cr2O3的兩組試樣之間的熱膨脹系數(shù)相差不明顯。因此可以得出，在礬土基噴涂料中添加Cr2O3后會(huì)增大材料的熱膨脹系數(shù)。

此外，3組試樣均表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，即在200～450℃時(shí)，熱膨脹系數(shù)隨著熱處理溫度的提高而減小；在450～900℃時(shí)，熱膨脹系數(shù)隨著熱處理溫度的提高而增大；在900～1 100℃，熱膨脹系數(shù)隨著熱處理溫度的提高而減??；在1 100～1 300℃時(shí)，熱膨脹系數(shù)隨著熱處理溫度的提高趨于平緩；在1 300～1 400℃時(shí)，熱膨脹系數(shù)隨著熱處理溫度的提高而減小。

圖2 含有不同添加量Cr2O3試樣的熱膨脹系數(shù)與熱處理溫度的關(guān)系曲線Fig.2 Thermal expansion coefficient of specimens with different addition of Cr2O3at different heat treatment temperatures

2.4 Cr2O3添加量對(duì)試樣抗熱震性能的影響

圖3 Cr2O3添加量與熱震后抗折強(qiáng)度的關(guān)系圖Fig.3 Bar diagram of modulus of rupture after thermal shocking and addition of Cr2O3

圖3、圖4分別為Cr2O3添加量與熱震后抗折強(qiáng)度、Cr2O3添加量與抗折強(qiáng)度保持率的關(guān)系曲線。從圖3、圖4中可以看出，C1試樣的熱震后強(qiáng)度和強(qiáng)度保持率均最大，其抗熱震性相對(duì)最好。但過多的添加Cr2O3則不利于試樣抗熱震性能的提高。由此可知，添加適量的Cr2O3可提高試樣的抗熱震性能。

圖4 Cr2O3添加量與抗折強(qiáng)度保持率的關(guān)系圖Fig.4 Bar diagram of conservation rate of modulus of rupture and addition of Cr2O3

3 結(jié)論

1）在礬土基噴涂料中添加Cr2O3不利于提高材料的低溫和中溫強(qiáng)度，但有利于提高材料的高溫強(qiáng)度。

2）在礬土基噴涂料中添加Cr2O3不能提高材料的耐磨性能。

3）試樣中添加Cr2O3后增大了試樣的熱膨脹系數(shù)。

4）添加適量的Cr2O3可提高試樣的抗熱震性能，但過量的添加Cr2O3會(huì)對(duì)試樣的抗熱震性產(chǎn)生負(fù)面的影響。

1 張巍，小宮山勇，戴文勇，等.一種高鋁噴涂料的開發(fā).耐火與石灰，2009，34（3）：8～10

2 張巍，戴文勇，李亮.粘土對(duì)鋁礬土基噴涂料性能影響的研究.現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2009（1）：12～14

3 Zhang Wei，Dai Wenyong，Yu Xinfeng，et al.Effect of heat treatment temperature on properties of Chinese calcined flint clay based plastic refractories.China＇s Refractories，2009，18（2）：27～29

4 徐維忠.耐火材料.北京：冶金工業(yè)出版社，1995

5 張巍，戴文勇，孫杰.氧化鎂在鋁硅系耐火材料中的應(yīng)用研究.無機(jī)鹽工業(yè)，2010，42（7）：58～62

6 張巍，戴文勇.不同粒度葉臘石對(duì)鋁礬土基噴涂料性能的影響.礦物學(xué)報(bào)，2010，30（2）：230～234

7 張巍，么蔭智，戴文勇.藍(lán)晶石對(duì)鋁礬土基噴涂料性能的影響.非金屬礦，2009，32（3）：27～32

8 張巍，戴文勇，李亮.熱處理溫度對(duì)鋁礬土基噴涂料性能的影響.熱處理技術(shù)與裝備，2009，30（5）：16～19

Effect of Cr2O3on Properties of Bauxite Based Gunning Refractory

Zhang Wei，Dai Wenyong（Plibrico（Dalian）Industries Co.，Ltd，Liaoning，Dalian，116600）

Effect of different additions of Cr2O3on properties of bauxite based gunning refractory were investigated respectively with bauxite as raw materials，calcium aluminate cement and silica flour as binders.After 24hcuring in mould and another 24hcuring at 110℃ after demoulding，the specimens were heat treated at 1 000℃，1 300℃and 1 500℃for 3h，respectively.The permanent linear change，bulk density，modulus of rupture and clod crushing strength，thermal expansion coefficient，abrasion resistance and thermal shock resistance were examined.The results show that adding Cr2O3into bauxite based gunning refractory went against to improve the strength of materimals at low temperature and intermediate temperature，but was good for improving the strength of materimals at high temperature.Adding Cr2O3into bauxite based gunning refractory could not improve the abrasion resistance of the materimals.Adding Cr2O3into the specimens increased the thermal expansion coefficient of specimens.Adding right addition of Cr2O3could improeve the thermal shock resistance of specimens，but adding excessive addition of Cr2O3could make the thermal shock resistance slightly deteriorate.

Cr2O3；Gunning refractory；Heat treatment temperature；Abrasion resistance；Thermal expansion coefficient；Thermal shock resistance

TB332 TQ175.7

A

1002－2872（2011）04－0016－03

張?。?982－）碩士，工程師；主要從事不定形耐火材料的研究。E－mail：cnzhangwei2008@126.com