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粒度组成、化学组成对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

http://www.momo35.com    来源:鑫地耐材    日期:2020-04-01

       铝镁质浇注料是一类以氧化铝和氧化镁为主要成分的耐火浇注料。按所用原料的品质不同可分为:普通铝-镁质浇注料、普通高铝-尖晶石质浇注料、氧化铝-氧化镁质浇注料、氧化铝-尖晶石质浇注料。
 
  

 
  铝镁系浇注料的发展经历过程如上图1所示。抗渣性的好坏决定了铝镁质浇注料的发展。该浇注料中,随着MgO含量的增加,其抗渣侵蚀性变好,但其抗渣渗透性却降低。以往的研究表明,无论以镁砂还是尖晶石的形式引入MgO,当MgO的含量为5~7%时,浇注料的抗侵蚀和抗渗透的综合性能最好。
  
  同时,MgO的热膨胀系数大(0~1500℃为(14~15)×10-6/℃),并随温度升高而增加;热导率随温度升高而降低(100℃时为34.3W/(m·K),1000℃时为6.7W/(m·K)),因而其热震稳定性差,综合考虑,在使用过程中应该控制MgO含量。尖晶石则表现出良好的热震稳定性,抗侵蚀能力强,浇注料体积稳定性好。故铝镁质浇注料表现出以尖晶石取代MgO和以基质的形式引入MgO的发展趋势。富铝尖晶石由于表面能较大,晶界结合弱,活性大,容易反应,晶格中的空位可以捕获Fe2+和Mn2+,表现出优于理论尖晶石的抗渣性,故铝镁浇注料倾向于采用富铝尖晶石。
  
  1、刚玉-尖晶石浇注料的特点
  
  Al2O3-尖晶石浇注料,即刚玉-尖晶石浇注料。如上所述,氧化铝-尖晶石质浇注料,是用电熔或烧结刚玉或板状刚玉作骨料,粉料则由纯的合成尖晶石粉、α-氧化铝微粉、反应性氧化铝粉、纯铝酸钙水泥和分散剂组成,属低水泥结合浇注料。
  
  刚玉的熔点在2050℃左右,具有良好的耐磨和耐冲刷性能。而尖晶石(理论组成为MgO28.3%,Al2O371.7%)的熔点在2135℃附近,化学稳定性好,具有良好的热震稳定性和抗侵蚀能力。这两种物质组成的“纯净”体系,经高温处理后,形成三种高熔点矿物相,即六铝酸钙,铝镁尖晶石和刚玉,被称作最佳基质系统。其中尖晶石和刚玉在0~1000K的平均膨胀系数分别为7.6×10-6/K和8.8×10-6/K,二者会形成复相增韧,使浇注料具有良好的热震稳定性。三种矿物相彼此之间形成很好地结合,使浇注料具有优异的抗渣性和抗热震性,从而被广泛应用于钢包内衬、透气元件和喷枪等部位。
  
  2、粒度组成对刚玉-尖晶石浇注料的影响
  
  合理的颗粒级配使浇注料具有优良的常温强度,施工作业性能,以及适当的气孔率和气孔尺寸。根据Andreasen理论公式进行计算时,浇注料的粒度分布系数一般取0.2~0.3之间。要想获得良好流动性的浇注料,关键在于对材料的原料颗粒分布(PSD)进行优化。
  
  挡渣墙属于振动浇注料预制块,因此生产中施工性能的好坏直接影响其使用性能。因此,对于临界颗粒以及颗粒组成的选择显得尤为重要。同时,在保证顺利施工的前提下,不能降低其使用强度。
  
  3、化学组成对刚玉-尖晶石浇注料的影响
  
  刚玉-尖晶石浇注料中所用的刚玉类原料主要有板状刚玉、致密刚玉、电熔白刚玉、棕刚玉和矾土等。李友胜等研究认为,采用特级矾土、电熔白刚玉、电熔高铝刚玉的刚玉-尖晶石浇注料,以电熔高铝刚玉为骨料的浇注料流动性最好,而以电熔白刚玉为骨料的热震稳定性最好。雷中兴等研究了电熔白刚玉、棕刚玉及特级矾土三种骨料对铝镁质浇注料性能的影响,研究表明,棕刚玉作为骨料其浇注料流动性最好,其次是特级矾土熟料,电熔白刚玉的最差,但是以电熔白刚玉为骨料的浇注料其热震稳定性最好。
  
  镁铝尖晶石具有高熔点、较低的热膨胀系数和热导率等特性,更因为其良好的抗热震性和抗碱性渣侵蚀能力而被广泛应用于大型水泥回转窑、钢包内衬等高温行业中。我国耐火材料行业用作原料的尖晶石(Al2O3和MgO)的含量一般在95-99%,铝镁尖晶石根据MgO含量的不同分为两大类:富镁尖晶石(MgO含量高于理论值)和富铝尖晶石(MgO含量低于理论值)。
  
  富镁尖晶石基本用于碱性耐火材料,它含有游离的MgO,并且热膨胀系数小,广泛用于水泥窑的风口和高温带内;富铝尖晶石因为具有阳离子晶格缺陷,能够吸收渣中MnO和FeO,具有优良的抗渣性能而广泛应用于炼钢耐火材料。韩斌等研究了尖晶石粒度对浇注料性能的影响,认为随着尖晶石颗粒含量的增加,试样的烧后强度呈先升高后降低趋势,烧后收缩减少,尖晶石细粉与颗粒为1:3的试样抗熟震性较好。另外,在刚玉-尖晶石质浇注料中还需要加入其它为了获取一定施工作业性能的材料,例如提高其结合强度的铝酸盐水泥、提高流动性能的超微粉等。研究者们为了进一步提高其整体性能,还做了大量的添加物对浇注料性能和寿命的影响的研究。
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