铸钢包用高纯铝镁系浇注料的性能
更新时间：2021-12-29 14:59:21作者：超级管理员阅读：
1绪言
随着我国钢铁工业的飞速发展, 连铸比例逐年上升, 炉外精炼大规模引用, 优质洁净钢及合金钢的产量日趋增加, 从而对钢包用耐火材料提出更高的要求, 迫使使用更高级的耐火材料。 2实验过程
采用板状刚玉、电熔刚玉、烧结铝镁尖晶石、电熔镁砂、α-Al2O3微粉、硅微粉和纯铝酸钙水泥等, 机械搅拌, 加水6 %, 浇注成型, 24 h自然养护, 110 ℃干燥, 1 000 ℃×3 h、1 500 ℃×3 h烧成。
按GB测定试样不同温度处理后显气孔率、体积密度、耐压强度、抗折强度、线变化率和1 400 ℃×1 h热态抗折强度;测试试样荷重下的线变化率, 压力0.196 MPa, 升温速率10 ℃/min, 最高温度1 500 ℃, 保温3 h;抗渣实验采用坩埚法, 将转炉终渣 (wCaO 36.84 %、wSiO2 14.77 %、wAl2O3 28.17 %、wFeO 7.95 %、wMnO 4.58 %) 150 g装入坩埚, 在MoSi2棒电炉内经1 650 ℃×3 h处理后, 沿着坩埚中心面切开, 测量坩埚受渣侵蚀、渗透深度;采用化学分析、光学显微镜、x-Ray衍射、电子探针等手段对渣蚀后试样进行分析。3结果分析
3.1高纯铝镁系浇注料的性能及主要影响因素
高纯铝镁系浇注料是基于铝质、镁质浇注料而开发的, 目的是提高铝质浇注料的耐蚀性和高温性能, 以及提高镁质浇注料的抗渗透性和热震稳定性。其配料点落在MgO-Al2O3二元相图的偏铝侧。
浇注料中主要成份Al2O3与MgO高温下反应生成尖晶石, 并伴随有约7 %的体积膨胀。为了抑制这种膨胀应力带来的使用中剥落损毁, 实验研究选择电熔镁砂和镁铝尖晶石二种不同原料对材料抗渣性能的影响。结果表明, 掺入一定数量的镁砂, 浇注料在少量液相的润滑[2], 特别是使用时受钢水静压作用, 反应烧结提前, 促使生成尖晶石膨胀的松散体更加致密化, 合适粒度的镁砂可使浇注料在高温下仍然表现为微膨胀, 保持整体性, 对降低蚀损也有利, 如图1所示。然而, 镁砂临界粒度愈粗、或加入量超过4C, 因膨胀过大, 组织劣化, 渣渗透加深, 蚀损亦有增大倾向。
研究认为, 理论尖晶石含量越多, 浇注料耐蚀性越好, 而渣渗透深度以尖晶石含量10 %～30 %最小, 尖晶石含量超过50 %, 随尖晶石含量增加呈上升趋势。尖晶石粒度以均匀分布的微粉对阻滞渣渗透引起的结构剥落最为有效。研究发现, 尖晶石组分对尖晶石熟料本身及其与刚玉混合制成的浇注料抗渣性起决定性作用, 尖晶石中MgO以3 %～5 %最理想。
硅微粉对抑制生成尖晶石膨胀应力亦有效果。研究表明, 低温下, 硅微粉与MgO粉生成M-S-H物质, 能阻止方镁石水化, 改善浇注料流动性, 增加浇注料致密度, 高温下M-S-H脱水与CaO反应生成低熔物产生塑性形变, 吸收高温膨胀应力, 但是, 硅微粉配合量增加, 高温下液相生成量增多, 抗高温蠕变性降低, 如图2所示, 钢水压力条件下材料易发生过烧结而出现龟裂, 龟裂增多、裂纹增宽、剥落加深。一般采用水泥和硅微粉复合作结合剂。
适量的高铝水泥水合物脱水后生成CA系高活性物质, 易与掺加的Al2O3粉从1 000 ℃左右开始发生化学反应, 如CA+Al2O3=CA2 ΔV理论=+12.8 % CA+5Al2O3=CA6 ΔV理论=+10 %体积膨胀亦可弥补由于体积收缩造成的中温强度下降, 降低高中温烧后强度比, 如图3所示, 紧密交错的针状、板状CA6“钉扎”结构, 还使抗高温负载能力有所改善, 如图2所示。 总之, 铝-尖晶石浇注料、铝镁浇注料都具有良好的组织均匀性、抗高温蠕变性、热震稳定性和耐渣侵蚀及渗透能力。二者主要差别在于:前者引入预合成尖晶石, 不同温度烧后强度较低, 高温抗折强度大, 体积稳定性好, 线变化率小;后者高温使用时反应形成尖晶石, 不同温度烧后强度大, 抗高温蠕变性强, 致密, 线变化率较大。
(1) 合理选择尖晶石、镁砂、硅微粉及水泥的配合量, 控制理想的显微结构, 对得到性能稳定的高纯铝镁系浇注料至关重要。
(2) 研制的高纯铝镁系浇注料尽管性能各有特征, 但都具有良好的组织均一性、抗高温蠕变性、热震稳定性和耐渣侵蚀及渗透能力。 (3) 高纯铝镁系浇注料的抗渣机理:尖晶石捕捉渣中FeO、MnO占据其阳离子空穴, 置换MgO形成复合尖晶石, 刚玉吸收CaO生成CA2、CA6, SiO6促进CA6晶粒长大, 形成较致密的阻挡层, 残余熔渣富含 SiO2变稠, 从而提高了抵抗熔渣渗透及侵蚀能力。铝镁浇注料因MgO、Al2O3反应新形成的尖晶石晶粒细小、缺陷多, SiO2使尖晶石更加细碎化, 促进Al2O3向尖晶石中固溶, 形成晶格缺陷浓度更大的富铝尖晶石, 所以, 其抗渣性较铝-尖晶石浇注料强。
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