鋯英石粉和氧化鋁粉與鎂質耐火澆注料的性能關係

2021-01-18 找耐火材料網

在鎂質耐火澆注料基質中,添加適量的鋯英石粉和氧化鋁粉等材料,能降低常溫強度,提高抗熱震性和改善抗熔渣滲透性。

鎂質耐火澆注料

圖1為鋯英石粉用量與鎂質澆注料性能的關係。以MgO大於97%的電熔鎂砂作耐火骨料和粉料,添加ZrO2:65.5%和SiO2:30%的鋯英石粉,取代部分鎂砂粉,以SiO2為97%的μf-SiO2作結合劑並加外加劑,配製成鎂鋯質耐火澆注料。從圖1中看出,隨著鋯英石粉用量的增加,澆注料的烘乾強度顯著降低,在1100℃燒後強度也略有降低。1600℃燒後強度在鋯英石粉為3%和9%時,其強度較高和較低;鎂鋯質耐火澆注料的1100℃燒後線變化,隨著鋯英石粉用量的增加,由收縮轉為膨脹,其分界點是鋯英石粉用量約為6%。1600℃燒後線變化均為負值,線收縮在-0.5%~-0.8%之間變化。

鎂質耐火澆注料的中溫強度特別低,在1000℃和1200℃之間,燒後耐壓強度只有2.5~9.3MPa。採用μf-SiO2作結合劑並添加鋯英石粉後,較明顯的提高了1100℃燒後耐壓強度,一般可達到24~38MPa。因為在該溫度下,鋯英石分解產生無定形SiO2並從其顆粒中分離而形成空洞,MgO與SiO2反應形成2MgO·SiO2,同時產生體積膨脹,故提高了澆注料的中溫強度,線變化也由收縮轉為膨脹;1600℃燒後強度和線變化,均較平穩。鋯英石與氧化鎂之間充分反應,生成了鎂橄欖石和氧化鋯,使鎂鋯澆注料較緻密,伴隨的體積膨脹難與燒結產生的收縮達到平衡,故燒後線變化呈微收縮狀態。同時,從圖1中還可看出,鋯英石粉用量為6%和9%時,中高溫強度比較接近1,說明其抗熱剝落性較好。

圖2為鋯英石粉和氧化鋁粉用量對澆注料抗熱震性的影響。前者用量(%)為3、6、9和12;後者用量(%)為5、10和15。試樣經過1600℃,3h燒後,再加熱1100℃、風冷,循環3次後測定抗折強度與原強度對比即為強度保持率,其值越大,抗熱震性越好。從圖2中看出,隨著加入物用量的增加,抗折強度保持率逐漸提高,說明抗熱震性越來越好。因為鎂鋯質耐火澆注料中,添加了鋯英石粉,高溫下形成了鎂橄欖石和ZrO,ZiO2有增韌作用,改善了抗熱震性;在鎂鋁質耐火澆注料中,添加氧化鋁粉,高溫下形成MA,因為MA與方鎂石的線膨脹係數差異,使二者周圍形成微裂紋和微收縮環,能阻止裂紋的擴展和吸收材料急冷急熱時產生的熱應力,故提高了該料的抗熱震性。

圖1 鋯英石粉用量與鎂質澆注料性

1、2、3—分別代表110℃、1600℃和1100℃燒後耐壓強度;4、5—分別代表1100℃和1600℃燒後線變化

1、2一分別代表添加鋯英石粉和氧化鋁粉料的抗折強度保持率

圖3為鋯英石粉或氧化鋁粉用量與澆注料抗渣性的關係。抗渣試驗為坩堝法,加熱溫度為1600℃,3h;裝LF精煉爐渣110g,渣的m(CaO)/m(SiO2)為2.4、粒度小於1.0mm。鎂鋯質澆注料隨著鋯英石粉用量的增加,抗熔渣侵蝕性從其用量為6%時起略有提高即抗侵蝕性降低,抗熔渣滲透性先增大,到鋯英石粉用量為6%時最大,隨後不斷降低;鎂鋁質澆注料隨著氧化鋁粉用量的增加,抗熔渣侵蝕深度提高和抗熔渣滲透深度降低。前者添加鋯英石粉,引進了有用的ZrO2,也帶進了有害的SiO2。ZrO2為高溫穩定相,能改善澆注料的抗熔渣滲透性,但對抗侵蝕性作用不大。SiO2在1000℃左右就與基質中的MgO反應形成2MgO·SiO2,隨著溫度升高而反應加強,消耗了基質中的MgO含量,降低了澆注料的抗侵蝕性。單從澆注料的抗渣性看,鋯英石粉適宜的用量為9%~12%;後者添加氧化鋁粉,與基質中的MgO反應形成尖晶石,消耗了基質中的MgO,故抗侵蝕性降低,因有MA的存在,提高了澆注料的抗熔渣滲透性。從澆注料的抗渣性上看,氧化鋁粉用量為5%~10%較合適。

1、2——分別代表加鋯英石粉澆注料的抗滲透和抗侵蝕曲線;

3、4——分別代表加氧化鋁粉澆注料的抗滲透和抗侵蝕曲線。

在鎂質耐火澆注料中,在基質內添加鋯英石粉和氧化鋁粉,能提高中溫強度和抗熱剝落性,也能改善或提高抗渣性。綜合性能指標來看,鋯英石粉較適宜的用量為6%~10%,氧化鋁粉用量為5%~10%為宜。應當指出,在鎂鉻質耐火澆注料中,添加氧化鋁粉也有益處。

在鎂質類耐火澆注料中,用SiO2作結合劑並添加鋁鎂尖晶石粉、氧化鋁粉和鋯英石粉等外加物,就能配製成高性能的耐火澆注料。由於μf-SiO2的加入,改善了鎂質類耐火澆注料的抗水性,即成型後的襯體,放置幾天未發生粉化現象。但問題並沒有根本解決,如試樣經過110℃,24h和250℃,24h處理後,放置7d,其強度分別降低了2%和1%,所以該類澆注料成型襯體後,應及時烘烤和使用。另外,鎂質類耐火澆注料用的耐火骨料,因品種和品級的不同,其性能也有所差異,應根據窯爐熱工設備的使用條件,進行合理的選用。

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