鎂質耐火材料具有抗堿性熔渣侵蝕性能優(yōu)異，氧潛能指數(shù)低，不污染鋼水，原料來源豐富等優(yōu)點，在鋼鐵冶金工業(yè)尤其是潔凈鋼的生產(chǎn)和建材工業(yè)等的高溫熱工設備中有著廣闊的應用前景。鎂質澆注料的使用性能同其結合系統(tǒng)直接相關。結合劑選擇不當，澆注料在干燥過程中會因水化而龜裂，在高溫下會因低熔點相過多而明顯降低爐襯的使用壽命。在鎂質澆注料的結合系統(tǒng)中，MgO-SiO?-H?O、MgO-MgCl?-H?O和ρ-Al?O?因同MgO生成液相的溫度高(分別為1800℃、2800℃和1995℃)而受到重視。本文主要研究了上述3類結合劑對鎂質澆注料性能的影響。

試 驗

1.1 原料

澆注料采用電熔鎂砂為主要原料。電熔鎂砂的粒度分別為5~3mm、3~1mm、1~0mm和<0.088mm，其化學組成(w)為：MgO 96.58%，CaO 1.05%，SiO? 0.86%，F(xiàn)e?O? 0.63%。氧化硅微粉為ElkemU971,其中w(SiO?)為0.96.84%。氯化鎂為工業(yè)級，其中w(MgCl?•6H?O)>98%。ρ-Al?O?原料中w(Al?O?)為93.45%，灼減為6.10%，d50約5μm。

1.2 試樣的制備及性能檢測

采用一定的顆粒級配，改變結合劑的種類和加入量，加水混合均勾后振動成型為40mm×40mm×160mm的試樣，室溫下養(yǎng)護24h后脫模，經(jīng)110℃24h、1100℃3h和1600℃3h處理，然后測量試樣的顯氣孔率、耐壓強度和抗折強度。

將110℃24h干燥后的試樣于100℃沸水中浸漬5h后測量其抗折強度，并計算抗折強度殘余率(浸漬后抗折強度/浸漬前抗折強度×100%)。抗折強度殘余率越大，表明材料的抗水化性能越好。

結果與討論

2.1 結合劑對110℃24h干燥后試樣的耐壓強度、顯氣孔率和抗水化性能的影響

采用SiO?微粉、MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑，改變結合劑加入量，制備的鎂質澆注料在110℃24h干燥后的耐壓強度和顯氣孔率見圖1。結果表明：隨著結合劑含量的增加，澆注料的耐壓強度逐漸提高，顯氣孔率有所下降。采用SiO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時，澆注料的耐壓強度明顯高于采用ρ-Al?O?的。

圖1 結合劑含量對110℃24h干燥后試樣的耐壓強度和顯氣孔率的影響

選取較理想的結合劑含量(SiO?微粉4%，MgCl?•6H?O 2%，ρ-Al?O? 4%)，研究了3種結合劑結合的鎂質澆注料的抗水化性能，結果見圖2。可以看出：采用SiO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時，材料抗水化試驗后的抗折強度殘余率高，材料的抗水化性能優(yōu)良;而ρ-Al?O?結合澆注料的抗水化性能較差。這主要同結合劑的水化反應機理有關。SiO?微粉和MgCl?•6H?O水化過程中通過和MgO發(fā)生反應(反應型)，分別在鎂砂顆粒表面逐漸形成MgO-SiO?-H?O凝膠和氯氧鎂凝膠層，阻礙了MgO的水化反應，對顆粒內(nèi)部的MgO起到保護作用;而ρ-Al?O?結合劑水化過程中同鎂砂反應困難(非反應型)，水化反應后主要生成三水鋁石和勃姆石凝膠，填充于鎂砂顆粒之間起到結合作用，但由于未能同鎂砂反應生成保護層，澆注料中鎂砂同水的接觸面多，易于發(fā)生水化反應，因此，澆注料的抗水化性能較差。此外，SiO?微粉能明顯改善澆注料的成型性能，降低澆注料的顯氣孔率，這是加入SiO?微粉的澆注料抗水化性能優(yōu)良的另一個重要原因。

圖2 采用不同結合劑的鎂質澆注料的抗水化性能

2.2 結合劑對1100℃3h熱處理后試樣的耐壓強度和顯氣孔率的影響

結合劑對1100℃3h熱處理后的鎂質澆注料的耐壓強度和顯氣孔率的影響見圖3。與110℃24h干燥后的試樣相比，在結合劑種類和含量相同的情況下，經(jīng)1100℃3h熱處理后的試樣，其顯氣孔率明顯提高，而耐壓強度則出現(xiàn)不同程度的降低，其中以MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑的澆注料的強度下降較大。這主要是由于加熱過程中水化物的分解反應引起的。隨著處理溫度的升高，澆注料中的水化物逐漸脫去結晶水和結構水，凝膠結構被破壞，而材料中尚未形成陶瓷結合，因此結合強度降低。從理論上講，當3種結合劑所形成的水化物3MgO•2SiO?•2H?O、Al(OH)?+Al0OH和5Mg(OH)?•MgC1?•8H?O完全發(fā)生分解反應時，其質量損失率分別為139、26.19和54.49。由此可見，MgC1?•6H?O和ρ-Al?O?結合系統(tǒng)在加熱過程中的質量損失率高，材料結構破壞較大，澆注料強度損失大。

圖3 結合劑含量對1100℃3h熱處理后鎂質澆注料耐壓強度和顯氣孔率的影響

2.3 結合劑對1600℃3h燒成后試樣的耐壓強度的影響

結合劑對1600℃3h燒成后鎂質澆注料耐壓強度的影響見圖4。可以看出，隨著結合劑含量的提高，澆注料的耐壓強度呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律：隨著SiO?微粉含量的增加，澆注料的耐壓強度增大;繼續(xù)增加SiO?微粉含量，澆注料的耐壓強度下降。氯氧鎂結合劑的分解產(chǎn)物為MgO,對鎂質耐火材料的耐壓強度影響較小。隨著ρ-Al?O?加入量的提高，澆注料的耐壓強度逐漸降低，這主要同材料中鎂鋁尖晶石的生成反應有關，當ρ-Al?O?加入量較多時，尖晶石化反應所引起的體積膨脹效應會造成材料的組織結構疏松，使?jié)沧⒘系哪蛪簭姸冉档汀?img id="111" src="/repository/image/1f0c9307-2454-4eb4-a1af-d2f6e514c299.jpg?t=1679454125577" style="width:100%" />

圖4 結合劑含量對1600℃3h燒成后鎂質澆注料的耐壓強度的影響

結 論

(1)對于110℃24h干燥后試樣，采用SiO?微粉和MgCl?•6H?O為結合劑時，試樣的耐壓強度和抗水化性能優(yōu)于采用ρ-Al?O?為結合劑的試樣。

(2)采用MgCl?•6H?O和ρ-Al?O?為結合劑時，1100℃3h熱處理后澆注料的耐壓強度明顯下降。

(3)對于1600℃3h燒成后的澆注料，其耐壓強度隨SiO?微粉含量的增加先增大后減小，隨ρ-Al?O?加入量的增大明顯降低，而MgCl?•6H?O對其耐壓強度的影響較小。