Si粉對剛玉－莫來石磚性能的影響

馬淑龍 王治峰 馬 飛 康 劍 張積禮 高長賀

北京金隅通達耐火技術(shù)有限公司 北京 100085

隨著高爐強化冶煉技術(shù)的發(fā)展，噴煤量不斷提高，入爐原料的品位不斷下降，高爐內(nèi)堿金屬、鋅等雜質(zhì)成分大量富集，爐缸工況環(huán)境愈發(fā)惡劣，高爐爐缸爐底出現(xiàn)鍋底狀或象腳狀等異常侵蝕損壞現(xiàn)象增多，陶瓷杯內(nèi)襯剛玉－莫來石磚的侵蝕破壞不斷加?。?－4］。為了提高剛玉－莫來石磚的抗渣鐵侵蝕性和抗沖刷性，擬對傳統(tǒng)剛玉－莫來石磚進行升級，加入單質(zhì)Si粉，利用硅的原位反應(yīng)降低剛玉－莫來石磚的顯氣孔率［5－6］，提高強度。為此，研究了Si粉引入前后對剛玉－莫來石磚性能的影響。

1 試驗

1．1 磚樣制備

試驗以棕剛玉（3～1、≤1和≤0．076 mm）、α Al2O3粉（≤0．045 mm）、紅柱石粉（≤0．076 mm）、Si粉（≤0．076 mm）、廣西白泥等為原料，其主要的化學(xué)組成見表1。

表1 原料的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of starting materials

試驗配比見表2。按表2精確稱取原料，以紙漿廢液為結(jié)合劑，按先骨料后細粉的順序在混砂機混合15 min后，用600 t壓磚機制得230 mm×115 mm×75 mm磚坯，于110℃烘干12 h，然后在電爐中于1 600℃保溫4 h制得剛玉－莫來石磚。

表2 試驗配比Table 2 Formulations of specimens

1．2 性能檢測

采用動態(tài)感應(yīng)抗渣法，將燒后的剛玉－莫來石磚切割制成40 mm×40 mm×230 mm的長條樣，烘干后安置于動態(tài)感應(yīng)抗渣爐轉(zhuǎn)軸上。將10 kg生鐵倒入感應(yīng)爐石墨坩堝內(nèi)升溫至生鐵完全熔化，緩慢加入約4 kg配制的高爐渣，繼續(xù)加熱至1 480℃并保溫20 min，此時爐渣熔化且流動性良好。將條樣移至坩堝上方預(yù)熱烘烤約10 min后，將其置于流動渣中攪拌30 min后，將其提出水冷后取下樣條。其中，高爐渣是將高純的CaO粉、鎂砂粉、Al2O3粉及石英粉分別按質(zhì)量分數(shù)為50%、5%、30%、15%配制的，堿度為1．15；生鐵的化學(xué)組成（w）為：Fe 92．3%，C 4．25%，Si 1．76%，Mn 0．68%，P 0．09%，S0．03%。

觀察侵蝕后試樣的外觀形貌，計算侵蝕后試樣的質(zhì)量損失率，采用PHILIPS XL30型掃描電鏡觀察侵蝕前后試樣的顯微結(jié)構(gòu)，評判抗高爐渣鐵的侵蝕性和沖刷性。

按GB／T 6900—2016、GB／T 2997—2015、GB／T 5072—2008、GB／T 3002—2017、GB／T 5989—2008分別檢測燒后試樣的化學(xué)組成、顯氣孔率和體積密度、常溫耐壓強度、高溫抗折強度（1 400℃保溫0．5 h）、0．2 MPa下的荷重軟化溫度T0．6。

2 結(jié)果與討論

2．1 理化指標(biāo)

Si粉對試樣理化性能的影響見表3。與未引入Si粉的試樣CM相比，引入Si粉的試樣NCM的顯氣孔率較低，體積密度較高，常溫耐壓強度提高了約30%，高溫抗折強度提高了5．6倍。

表3 Si粉對試樣理化性能的影響Table 3 Effect of Si powder on physical properties and chemical composition of specimens

圖1為試樣在1 400℃高溫抗折強度試驗時的載荷隨時間的變化曲線。可見，試樣CM在32 s時呈現(xiàn)明顯的瞬時斷裂；試樣NCM繼續(xù)被壓縮至55 s時斷裂，可推斷變形量明顯高于試樣CM的，說明Si粉的引入使得材料表現(xiàn)出良好的高溫韌性。

圖1 1 400℃下試樣高溫抗折時的載荷隨時間的變化曲線Fig．1 Strain curves of load vs．time of specimen under high temperature rupture at 1 400℃

2．2 抗渣鐵侵蝕性

侵蝕前試樣的顯微結(jié)構(gòu)見圖2?？梢姡醇覵i粉的試樣CM氣孔明顯粗大且形狀不規(guī)則；而引入Si粉的試樣NCM燒結(jié)更加致密，氣孔更加均勻細小?？梢奡i粉的引入可促進試樣的燒結(jié)，降低顯氣孔率，提高致密度。

圖2 侵蝕前試樣的顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig．2 SEM photos of specimens before slag corrosion

動態(tài)感應(yīng)抗渣鐵侵蝕后，試樣NCM的外貌更完整一些，試樣CM渣鐵結(jié)合處因沖刷產(chǎn)生了明顯的侵蝕凹槽。試樣CM 和NCM 的質(zhì)量損失率分別為3．9%和2．3%，說明引入Si粉有助于改善材料的抗沖刷性能。

渣鐵侵蝕后試樣的顯微結(jié)構(gòu)照片見圖3。由圖3可以看出：試樣CM侵蝕邊緣凹凸不平，因為表面部分的基質(zhì)被侵蝕掉，使得部分顆粒剝離進入渣鐵中，并且渣鐵滲透明顯，晶間有大量的白色渣鐵侵蝕。而試樣NCM因結(jié)構(gòu)致密，顯氣孔率低，氣孔比較小，渣鐵滲透程度較小。

圖3 渣鐵侵蝕后試樣的顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig．3 SEM photos of specimen after iron slag corrosion

3 結(jié)論

在剛玉－莫來石磚中引入單質(zhì)Si粉，可明顯降低顯氣孔率，提高耐壓強度，明顯改善其高溫韌性，明顯改善抗渣鐵侵蝕性和抗沖刷性。