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剛玉尖晶石不燒透氣磚添加氧化鋁微粉后各項性能的變化

發布日期: 2021-03-30 10:44:45    閱讀量(207)    作者:陳奇龍、錢學義
透氣磚是精煉鋼包底吹氬氣使鋼水溫度和成分均勻化的重要元件,是現代煉鋼不可或缺的組成部分。國內外對透氣磚的研究非常廣泛,但是主要集中在燒成透氣磚的研究上。為了適應國家清潔能源的戰略發展要求,降低能耗,很多單位開始了不燒透氣磚的探索與研究。為了達到燒成透氣磚的使用效果,本工作中,主要研究如何提升不燒透氣磚中、低溫下的強度和高溫燒成過程中的體積穩定性。通過添加不同量的活性α-Al?O?微粉、71#水泥和尖晶石微粉的性能的對比分析,優選其中的配方試制成產品,取得良好效果。

試 驗

1.1試驗原料
試驗所用主要原料和粒度為:板狀剛玉(6~3、3~1、1~0、≤0.045mm)、尖晶石顆粒及微粉、活性α-Al?O?微粉、71#水泥等。主要原料的化學組成見表1。

表1 主要原料的化學組成
1.2試樣制按表2的配比稱量各種原料,將配好的料放入攪拌機中干混2min,然后加入適量的水攪拌3min,振動澆注成型為40mm×40mm×160mm的長方體試樣條,自然養護24h后脫模,在110℃下烘干24h,烘干后的試樣分別在1100、1400和1500℃條件下熱處理3h。

表2 試樣配比

按YB/T5200—1993檢測試樣的體積密度,按GB/T3001—2007檢測試樣的常溫抗折強度,按GB/T3001—2008檢測試樣的常溫耐壓強度,按GB/T3001—2004檢測試樣的高溫抗折強度(1400℃保溫0.5h),通過測試1100℃保溫0.5h水冷3次后試樣的抗折強度保持率來表征材料的抗熱震性能。

結果與分析

2.1活性α-Al?O?微粉加入量對試樣常溫物理性能的影響

不同活性α-Al?O?微粉加入量的試樣在不同溫度下的體積密度、抗折強度、耐壓強度、線變化率和抗熱震性能的變化情況見圖1。

圖1 活性α-Al?O?微粉加入量對試樣在不同溫度下物理性能的影響
從圖1可以看出:1)在相同熱處理溫度下,隨著活性α-Al?O?微粉加入量的增加,110和1100℃處理后的體積密度、常溫抗折強度和常溫耐壓強度先增大后略微降低;1400和1500℃燒成后的體積密度、常溫抗折強度和常溫耐壓強度都逐漸增大;1100℃處理后的線變化率幾乎沒有變化;1400和1500℃燒成后的線變化率逐漸降低;抗折強度保持率呈現出下降趨勢,1500℃燒成后的下降幅度更大,當加入量達到12%(w)以后試樣產生斷裂;1500℃燒成后的高溫抗折呈現出逐漸增大的趨勢。2)在活性α-Al?O?微粉加入量相同的情況下,隨著處理溫度的升高,體積密度、常溫抗折強度和常溫耐壓強度都呈現出先降低后增大;線變化率先增大后降低;抗折強度保持率降低。 分析認為:活性α-Al?O?微粉的粒度小,在不定形耐火材料中具有填充效應,可以減少澆注料的加水量,增大澆注料的成型密度和強度,并促進試樣的高溫燒結。但是加入量過多時,則會增大澆注料的加水量,減小澆注料的成型密度和強度。所以,隨著活性α-Al?O?微粉的增加,110和1100℃處理后的體積密度、常溫抗折強度和常溫耐壓強度先增大后略微降低。1100℃處理后的體積密度、常溫抗折強度和常溫耐壓強度都小于110℃處理后的體積密度、常溫抗折強度和常溫耐壓強度,是因為此溫度時,試樣還未燒結,同時水泥水化形成的水化產物因脫水,導致試樣中孔隙增加并失去結合作用。但是隨著α-Al?O?微粉的增加,形成的凝膠結合越來越多,彌補了因水泥脫水失去的結合強度,因此,110和1100℃的強度相差不大。綜上分析,并結合生產制作的實際情況,建議添加10%(w)以上的活性α-Al?O?微粉。2.2 71#水泥加入量對試樣常溫物理性能的影響不同水泥加入量的試樣在不同溫度下的體積密度、抗折強度、耐壓強度、線變化率和抗熱震性能的變化情況見圖2。

圖2 71#水泥加入量對試樣在不同溫度下物理性能的影響
從圖2可以看出:1)在相同熱處理溫度下,隨著水泥加入量的增加,體積密度呈現降低的趨勢,當加入量達到4%(w)以后,1400和1500℃燒成后的體積密度的降低幅度較大;110和1100℃處理后的常溫抗折強度和常溫耐壓強度逐漸增大;1400和1500℃燒成后的常溫抗折強度和常溫耐壓強度先增大后降低;1100℃處理后的線變化率沒有明顯地變化;1400和1500℃燒成后的線變化率逐漸增大;抗折強度保持率先降低后增大,當加入量達到4%(w)左右時最小;高溫抗折強度先逐漸增大后略微降低。2)在水泥加入量相同的情況下,隨著處理溫度的升高,當水泥加入量小于4%(w)時,體積密度先降低后增大;當水泥加入量大于4%(w)時,體積密度逐漸降低;常溫抗折強度和常溫耐壓強度先略微降低再逐漸增大;線變化率先增大后降低;殘余強度保持率降低。分析認為:在成型和養護過程中,水泥水化形成CAH10、C?AH?、C?AH?等水化產物,產生結合強度。隨著水泥量的增加,水泥水化所需的加水量增多,導致110和1100℃處理后的體積密度逐漸降低;同時,由于形成的水化產物越多,產生的結合強度越大,所以,試樣110和1100℃的強度逐漸增大。在燒成過程中,試樣中的CaO與Al?O?發生反應生成CA?,會提高試樣的強度,并伴有體積膨脹,但是當生成的CA?過多時,產生的較大膨脹量破壞了試樣結構,就會引起強度下降。因此,隨著水泥量的增加,1400和1500℃燒成后的強度先增大后降低。所以,建議:在確保強度夠用的情況下,盡量降低水泥的加入量。2.3尖晶石微粉對試樣常溫物理性能的影響不同尖晶石微粉加入量的試樣在不同溫度下的體積密度、抗折強度、耐壓強度、線變化率和抗熱震性能的變化情況見圖3。

3 尖晶石微粉加入量對試樣在不同溫度下物理性能的影響
從圖3可以看出:1)在相同熱處理溫度下,隨著尖晶石微粉加入量的增加,110和1100℃處理后的體積密度先增大后降低;1400和1500℃燒成后的體積密度逐漸增大;常溫抗折強度和常溫耐壓強度呈現先略微增大再略微降低的趨勢;1100℃處理后的線變化率沒有明顯地變化;1400和1500℃燒成后的線變化率逐漸降低,由線膨脹變為線收縮;殘余強度保持率呈現逐漸增大的趨勢;高溫抗折先增大后略微降低。2)在尖晶石微粉加入量相同的情況下,隨著處理溫度的升高,體積密度先降低后增大;常溫抗折強度和常溫耐壓強度逐漸增大;線變化率先增大后降低;殘余強度保持率降低。

分析認為:尖晶石微粉的表面活性能大,進一步促進了試樣的結合強度和燒結強度,同時改變了試樣的內部結構。因此,隨著尖晶石微粉的增加,試樣的強度先增大后略微降低,殘余強度保持率逐漸增大。建議添加6%~9%(w)的尖晶石微粉。

應  用 

在以上研究的基礎上,綜合考慮了強度、體積穩定性能以及燒成后的熱震穩定性能,最終選擇H2配方試制成透氣磚,在500℃處理后投入使用,2018年在國內某大型鋼廠的120t鋼包上試用,不僅吹成效果好,而且抗蝕損性能優于之前使用的高溫燒成透氣磚。目前,已經在國內多家鋼廠推廣使用,產品使用效果優良。

結   論  

(1)在相同熱處理溫度下,隨著活性α-Al?O?微粉加入量的增加,體積密度和強度總體呈現逐漸增大的趨勢;燒成后的線變化率和殘余強度保持率逐漸降低。建議添加10%(w)以上的活性α-Al?O?微粉。

(2)在相同熱處理溫度下,隨著71#水泥加入量的增加,體積密度呈現降低的趨勢;110和1100℃處理后的常溫強度逐漸增大;1400和1500℃燒成后的常溫強度先增大后降低;燒成后的線變化率逐漸增大;殘余強度保持率先降低后增大;高溫抗折強度先逐漸增大后略微降低。建議在確保強度夠用的情況下,盡量降低水泥的加入量。(3)加入尖晶石微粉的試樣,1100℃處理后的強度均大于110℃處理后的強度。(4)在相同熱處理溫度下,隨著尖晶石微粉量的增加,110和1100℃處理后的體積密度先增大后降低;1400和1500℃燒成后的體積密度逐漸增大;強度呈現先略微增大再略微降低的趨勢;燒成后的線變化率逐漸降低,由線膨脹變為線收縮;殘余強度保持率呈現逐漸增大的趨勢。建議添加6%~9%(w)的尖晶石微粉。

(5)具有中、低溫強度高,而且不同溫度下體積穩定的剛玉-尖晶石質不燒透氣磚是可以代替高溫燒成透氣磚,取得更大的經濟效益和環保效益。

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