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技術前沿:鋁鎂質鋼包澆注料的抗渣效能受哪些原料的影響

  • 由 回收商網 發表于 綜合
  • 2021-12-30
簡介試樣C中的MgO含量較高,膨脹較大,適量的膨脹產生微裂紋可以組織裂紋的擴充套件,但過量的膨脹產生體積增加,會失去控制熔渣滲透的作用,造成熔渣滲入基質中產生熱剝落,導致試樣C的滲透指數高

鎂鋼是什麼材料

70年代,鋼包僅作為輸送鋼水的容器,因而使用廉價的酸性耐火材料,並逐漸過渡到高鋁磚耐火材料等。現在,鋼包已經成為重要的精煉裝置,因而鹼性磚成為鋼包內襯重要的耐火材料,並且以不同的施工方法配合使用,例如渣線用MgO-C磚,在包底和包壁用鋁鎂質澆注料。渣線部位的使用條件特別苛刻,其內襯損毀也最為嚴重。在實際應用中,應特別注意鋼渣對耐火材料的損毀。

鋼渣對耐火材料的損毀主要分兩個方面,一是侵蝕,二是滲透。當渣滲入到磚中,在磚內形成變質層,變質層與未變質層在使用過程中不斷的冷熱溫度交換,膨脹係數的差異導致產生裂紋並出現結構剝落。因此鋼包澆注料主要要強化基質,減少渣的滲透,減弱變質層的形成。

1 試驗

1.1 原料及試驗方案

所用骨料為粒度8~5、5~3、3~1和≤1mm的電熔白剛玉,w(AlO)=98。5%;1~0mm的板狀剛玉,w(AlO)=98。5%;≤0。074 mm鎂鋁尖晶石微粉,w(AlO)=78。5%,w(Mg O)=20%;≤0。088mm電熔鎂砂粉,w(MgO)=96。5%;≤3μm的α-Al2O微粉,w(AlO)=98。5%;純鋁酸鈣水泥,w(AlO)=70%,w(CaO)=29%。按照電熔白剛玉骨料55%(w),板狀剛玉骨料10%(w),剛玉細粉、鎂砂粉、鎂鋁尖晶石微粉和α-AlO微粉32%(w),鋁酸鈣水泥3%(w)進行配料,改變鎂砂和尖晶石的含量,詳見表1。表1試樣配製

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1.2 試驗過程和效能檢測

將配好的試樣振動澆注在40mm×40mm×160mm的模具內,自然養護24h脫模,經110℃保溫24h、1000℃保溫3h、1600℃保溫3h熱處理後測定其效能,採用靜態坩堝法進行渣蝕試驗。沿試樣成型方向,在試樣頂面的中心鑽取深度40mm、內徑上下分別為38mm、33mm的孔,製成坩堝,振動成型經110℃保溫24h烘烤後在每個坩堝中放入50g渣(渣的化學組成(w)為:FeO24。97%,AlO6。63%,CaO16。13%,SiO9。47%,TiO1。1%,MnO0。2%,NaO0。05%,KO0。01%),放入1600℃電爐內燒結並保溫3h,自然冷卻後沿坩堝截面切開,測量渣蝕面積和滲透面積,分別計算渣蝕指數(渣蝕面積/原凹槽軸截面積×100%)和滲透指數(滲透面積/原凹槽軸截面積×100%)。

2 結果與分析

2.1 物理效能

不同尖晶石和鎂砂加入量澆注料的試樣在110、1000、1600℃的氣孔率、體積密度、強度見表2,各試樣抗渣侵蝕後的宏觀圖片見圖1,各試樣侵蝕和滲透指數見圖2。表2各溫度下不同試樣的物理效能。

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從表2中可以看出,隨著鎂砂的增加,尖晶石微粉的減少,試樣A、B各溫度段抗折和耐壓強度均高於試樣C,中低溫度段三種試樣強度相差不大,高溫段相差較明顯。1600℃燒後線變化,三種試樣隨鎂砂含量的增大膨脹量逐漸增加,A試樣殘餘膨脹0。48%最小,氣孔率較低,體積穩定性高;而C試樣為1。13%,殘餘膨脹最大。

2.2 渣侵蝕後試樣的宏觀觀察及渣蝕指數

試樣的抗渣剖面圖見圖1。可以看出:三種試樣渣侵蝕後外形完整,無明顯熔蝕跡象,在1600℃燒後以熔渣滲透為主,渣滲入部位由黑色變為棕色,過渡帶由內向外逐漸變淺。剩餘渣在凹槽內稱圓柱形收縮在中間。試樣A產生了橫縱裂紋,高溫下渣逐漸滲透其裂紋內部,內部殘渣量不多,抗侵蝕性一般。試樣B渣對坩堝的滲透相比試樣A、C的滲透層較淺,殘渣量較試樣A相比多一些。試樣C由於體積膨脹較大,內部氣孔較高,渣透過氣孔侵入到基質內部,高溫下透過液相擴散,使滲透層產生裂紋和結構疏鬆,坩堝內部殘渣量較試樣A、B的多。

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圖1 不同試樣抗渣試驗剖面

試樣對渣蝕與滲透的影響見圖2。

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圖2 不同試樣對渣蝕與滲透的影響

從圖2中可以看出,隨著鎂砂的增加,抗侵蝕指數逐漸增加,抗滲透指數先減少後增加。一方面是鎂砂中的MgO與AlO反應原位生成尖晶石產生體積膨脹,過量的鎂砂MgO固溶到尖晶石中。1600℃燒後C試樣鎂砂含量高,合成尖晶石產生的膨脹最大,過量的膨脹卻會導致澆注體的高氣孔率、低強度,造成渣很容易滲入基質中產生熱剝落;另一方面渣中的FeO、MnO可以與尖晶石形成固溶體:FeO+MnO+MA→(Fe,Mn,Mg)O·(Fe,Al)O。使熔渣中的SiO富餘而變得非常粘稠。由於渣滲透深度(L)取決於方程式:式中,σ為熔渣表面張力,為澆注體氣孔半徑,t為渣滲透時間,為澆注體與渣之間的接觸角,為熔渣粘度。由此可以推斷L與成反比。基質中的AlO能捕捉渣中的CaO,尖晶石加入到澆注料中,能固溶渣中的FeO和MnO,這可提高熔渣粘度和熔點,抑制熔渣滲透,這兩種作用可使抗熔渣滲透性的下降抑制在最小的程度之內;另外,隨著MgO含量增加,合成鎂鋁尖晶石中MgO、AlO比值越大,其抗侵蝕能力就越高,所以試樣C抗侵蝕指數較試樣A、B的高。試樣C中的MgO含量較高,膨脹較大,適量的膨脹產生微裂紋可以組織裂紋的擴充套件,但過量的膨脹產生體積增加,會失去控制熔渣滲透的作用,造成熔渣滲入基質中產生熱剝落,導致試樣C的滲透指數高。

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透過蝕損機制研究得出,由於熔渣與鋼包工作襯反應形成了一個保護帶,可使內襯不再被熔渣所侵蝕。在這個保護層帶中,與內襯接觸的熔渣中大部分氧化鐵和氧化錳固溶到尖晶石晶格結構內形成固溶體。熔渣中的氧化鐵同AlO反應生成鐵鋁尖晶石所引起的膨脹並不顯著。雖然由於渣中的CaO同AlO反應生成CA6會產生很大的膨脹,但卻被熔渣中的CaO和SiO同AlO反應生成鈣鋁黃長石或鈣長石等低熔點的礦物反應給均衡了。因此,鋼包工作襯同熔渣反應生成高熔點和低熔點礦物的這種結合,為鋼包工作襯提供了一個熱面保護層,從而使鋼包工作襯的進一步侵蝕減至最少。

此外,當熔渣的化學成分滲透入耐火材料中並與之反應式,被滲透的區域主晶體結合下降,而且很容易被衝擊流所沖蝕,這就會導致耐火材料進一步暴露,而使未被滲透部分受到化學侵蝕。相反,在沒有機械作用消除被滲透部分,由於熱溫度梯度,化學侵蝕將逐漸變得緩慢並停止。在熱迴圈過程中卻會導致滲透層從未被滲透層剝落,因此鋼包澆注料結構剝落會受滲透深度的限制。鋼包澆注料不同的部位要求也不同,包壁澆注料受到金屬包殼的控制,實際應用中不會發生自由膨脹為了較高的使用壽命,要選用高溫處理後線膨脹率低的AlO-MgO質澆注料,同時不剝落、耐侵蝕。包底與包壁不同,包底的約束力小,高膨脹材料由於存在膨脹上浮的缺點,難以應用於此處。為了防止拱起和抑制熔渣滲透,體積穩定性高、熱震性好的剛玉-尖晶石質澆注料成為包底應用的首選材料。目前B組配方已成功應用於某國內大型鋼廠110t鋼包包壁部位,平均使用壽命為180~200爐,其中LF精煉30爐,包壁殘厚70mm。

3 結論

澆注料的抗渣侵蝕性與抗滲透性往往是相互矛盾的,要根據具體的使用條件權衡抗侵蝕性和抗滲透性。在本試驗中,電熔鎂砂粉加入量為4%(w),電熔鎂鋁尖晶石微粉加入量8%(w)時,鋁鎂質鋼包澆注料的抗渣效果較好。

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