富鋁尖晶石微粉加入量對(duì)剛玉—尖晶石澆注料性能的影響

任建秀，張成強(qiáng)，李宗寶，張春雨，王錦濤

（山東耐火材料集團(tuán)有限公司 王鋁分公司，山東 淄博255311）

1 前 言

隨著鋼包冶煉工藝技術(shù)的提高，對(duì)鋼包用耐火材料的要求日益嚴(yán)苛，低耗高效的鋼包用耐火材料技術(shù)需求增大。鋼包用剛玉—尖晶石澆注料是一種高壽命節(jié)能降耗新產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，具有良好的熱震穩(wěn)定性、抗沖刷性、耐侵蝕性和抗?jié)B透性，不易結(jié)構(gòu)剝落，操作安全可靠，使用壽命長(zhǎng)，成為大型鋼包用耐火材料的主流。為了提高鋼包用剛玉—尖晶石澆注料的使用性能，在剛玉—尖晶石澆注料中引入富鋁尖晶石微粉，研究其對(duì)大型鋼包長(zhǎng)壽命剛玉—尖晶石澆注料性能的影響。

2 試 驗(yàn)

2.1 原料選擇

本試驗(yàn)所用的主要原料及其化學(xué)組成見(jiàn)表1。

表1 主要原料的化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2.2 試驗(yàn)方案

按照表2，根據(jù)骨料與基質(zhì)70∶30 的質(zhì)量比進(jìn)行配料，固定配比中電熔白剛玉、板狀剛玉骨料、α-Al2O3微粉、純鋁酸鈣水泥總量不變，以富鋁尖晶石微粉等量替代電熔白剛玉和燒結(jié)剛玉細(xì)粉，分別加入0%、6%、8%、12%、16%，測(cè)定剛玉—尖晶石澆注料的各項(xiàng)性能。配方代碼分別記為MA1、MA2、MA3、MA4、MA5。試樣配比組成見(jiàn)表2。

表2 試樣配比組成 %

2.3 試驗(yàn)過(guò)程和性能檢測(cè)

將按配方配料的各原料混勻、攪拌后，按照GB/T 4513.4 標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)定澆注料的流動(dòng)值和加水量，施工性能見(jiàn)表3。經(jīng)振動(dòng)澆注成型為160 mm×40 mm×40 mm 的試樣，并按照GB/T 4513.5 的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。檢測(cè)脫?？拐蹚?qiáng)度；檢測(cè)110 ℃×24 h處理后氣孔率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度；檢測(cè)1 500 ℃×3 h 處理后氣孔率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、燒后線變化率；檢測(cè)1 000 ℃×5 次水冷熱震殘余抗折強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 施工性能

表4 試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)果與分析

3.1 常溫物理性能

由表3可知，隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加，試樣的加水量逐漸減少，每增加4%的富鋁尖晶石微粉，就減少約0.2%的水。由于富鋁尖晶石微粉能夠更好地填充大、中、小顆粒間的間隙，排擠出氣孔中的水；微粉含量的增加，在良好分散條件下會(huì)明顯提高澆注料的致密化程度，從而降低其加水量。每增加4%的富鋁尖晶石微粉，流動(dòng)值逐漸增加，MA1＜MA2＜MA3＜MA4＜MA5，MA4 和 MA5試樣有自流效果。

3.2 對(duì)體密、氣孔率的影響

從圖1中可以看出，不同富鋁尖晶石微粉加入量，對(duì)試樣體積密度和顯氣孔率性能有不同影響。在試樣中引入富鋁尖晶石微粉，110 ℃×24 h 烘后試樣的體積密度逐漸增大，顯氣孔率逐漸減小，因?yàn)槌叵码S著富鋁尖晶石微粉加入量的增加，顆粒與基質(zhì)間的大量空隙被微粉填充，形成緊密堆積，降低了試樣的氣孔率，提高了體積密度［1］。富鋁尖晶石微粉加入量在12%時(shí)，1 500 ℃×3 h燒后試樣的體積密度最大，氣孔率最小，因?yàn)閯傆裣蚣饩倘芗案讳X尖晶石微粉容易發(fā)生脫熔析出剛玉相，與其周圍水泥在尖晶石顆粒邊緣形成CA6，使尖晶石和CA6緊密結(jié)合，且尖晶石和剛玉相通過(guò)CA6連接，使顆粒之間更加緊密［2］。富鋁尖晶石微粉加入量在16%時(shí)，1 500 ℃×3 h燒后試樣體積密度減小和顯氣孔率增大，原因是隨著富鋁尖晶石微粉加入量的進(jìn)一步增加，剛玉向尖晶石中大量固溶，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［3］。

圖1 富鋁尖晶石微粉加入量對(duì)體積密度、顯氣孔率的影響

3.3 對(duì)強(qiáng)度的影響

不同富鋁尖晶石微粉加入量對(duì)試樣抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖2。拆模后、110 ℃×24 h烘后均呈增大趨勢(shì)。拆模后和110 ℃×24 h烘后富鋁尖晶石微粉能夠減少澆注料的顯氣孔率，提高其體積密度，增加了結(jié)合強(qiáng)度［1］，這是對(duì)試樣強(qiáng)度提高的主要因素。富鋁尖晶石微粉加入量12%時(shí)1 500 ℃×3 h燒后試樣強(qiáng)度最大，原因是富鋁尖晶石微粉在燒結(jié)的過(guò)程中發(fā)生脫熔反應(yīng)，能夠有效促進(jìn)試樣的燒結(jié)，通過(guò)剛玉的聯(lián)接使基質(zhì)中的尖晶石和CA6以尖晶石-剛玉-尖晶石、尖晶石-剛玉-CA6、CA6-剛玉-CA6等方式緊密結(jié)合［2］，試樣強(qiáng)度增大。富鋁尖晶石微粉加入量達(dá)到16%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［3］。

圖2 富鋁尖晶石微粉對(duì)強(qiáng)度的影響

3.4 對(duì)線變化率的影響

不同富鋁尖晶石微粉加入量對(duì)試樣線變化率的影響如圖3 所示。隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加，試樣線變化率呈減小趨勢(shì)，當(dāng)加入量為12%時(shí)，線變化率最小，原因是尖晶石發(fā)生脫熔反應(yīng)，伴隨的膨脹可部分抵消剛玉尖晶石澆注料的燒結(jié)收縮，提高其體積穩(wěn)定率，有效促進(jìn)試樣的燒結(jié)，使線變化率減小。隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加，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)［3］。

圖3 富鋁尖晶石微粉對(duì)線變化率的影響

3.5 對(duì)1 000 ℃×5次水冷熱震殘余抗折強(qiáng)度的影響

不同富鋁尖晶石微粉加入量對(duì)試樣1 000 ℃×5 次水冷熱震殘余抗折強(qiáng)度的影響如圖4 所示，MA4試樣富鋁尖晶石微粉加入量12%，熱震殘余抗折強(qiáng)度達(dá)到3.88 MPa，優(yōu)于MA1、MA2、MA3和MA5試樣，能夠滿足剛玉—尖晶石澆注料在使用過(guò)程中對(duì)原質(zhì)層熱震強(qiáng)度保持的要求。

圖4 富鋁尖晶石微粉對(duì)殘余抗折強(qiáng)度的影響

4 結(jié) 論

4.1 加入量12%時(shí)，施工性能最佳，隨著富鋁尖晶石微粉加入量的增加，加水量逐漸降低，有利于試樣的緊密堆積；良好的流動(dòng)值，保障了施工性能；試樣經(jīng)1 500 ℃×3 h燒后，強(qiáng)度、體積密度、顯氣孔率和線變化率等物理指標(biāo)能夠很好地提高剛玉—尖晶石澆注料的高溫使用性能。

4.2 富鋁尖晶石微粉的引入，對(duì)剛玉—尖晶石澆注料各項(xiàng)物理指標(biāo)提高明顯，在提高施工性能的同時(shí)，在高溫使用過(guò)程中物理性能也有優(yōu)良表現(xiàn)。