剛玉骨料對澆注料的作用
我們常用的剛玉骨料主要有:棕剛玉、亞白剛玉、白剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、致密剛玉以及高溫煅燒高鋁礬土。
剛玉骨料又稱耐火骨料是耐火澆注料組織結構中的主體材料,用量約為70%,其骨架作用,也影響其物理力學和高溫使用性能,對鋼包耐火澆注料尤為明顯。因此,應根據實際情況和技術配方要求,合理選擇耐火骨料的品種、臨界粒徑及顆粒級配,以獲得高技術鋼包耐火澆注料。
在基質組成相同的情況下,采用不同品種的耐火骨料制成耐火澆注料,其骨料與基質料的質量比為7:3.表1為澆注料用耐火骨料的理化性能。棕剛玉體積密度較大、吸水率低,顆粒變焦圓滑且致密,故拌料在相同流動度時需水量較少;特級高鋁料的體積密度較小,吸水率居中,顆粒有棱角、氣孔較多,故拌料時需水量較大;白剛玉體積密度居中,吸水率大,顆粒多棱角且有縮孔,故拌料需水量最大。
表1 :澆注料用耐火骨料的理化性能
骨料品種 |
化學成分/% |
顆粒體積密 度/g·cm-3 |
吸水 率/% |
顆粒外觀 |
|||
Al2O3 |
SiO2 |
TiO2 |
R2O |
||||
高鋁料 白剛玉 棕剛玉 |
87.3 99.5 93.0 |
4.0 0.1 1.0 |
5.0
3.2 |
0.38 0.42 0.10 |
3.36 3.48 3.89 |
1.29 3.28 0.37 |
棱角、氣孔較多 多棱角、高縮孔 邊角較圓、致密 |
表2 :耐火骨料對澆注料性能的影響
項目 |
品種 |
溫度/℃ |
|||
110 |
1100 |
1400 |
1600 |
||
體積密度/g·cm-3 |
白剛玉 棕剛玉 高鋁料 |
3.15 3.33 3.02 |
3.10 3.27 2.97 |
2.94 3.12 2.94 |
2.93 3.25 3.12 |
抗折強度/Mpa |
白剛玉 棕剛玉 高鋁料 |
3.1 5.0 6.2 |
8.2 14.3 11.5 |
15.1 20.0 24.4 |
18.6 30.0 37.1 |
燒后線變化/% |
白剛玉 棕剛玉 高鋁料 |
|
0.07 0.25 0.14 |
1.65J 1.92 0.87 |
2.00 0.62 -0.68 |
上表為耐火骨料品種對澆注料性能的影響。從表中看出,棕剛玉、白剛玉和高鋁料配制的耐火澆注料,其體積密度一次遞減;隨著加熱溫度的升高,澆注料的體積密度遞減,只有高鋁料和棕剛玉配制的澆注料,在1600℃燒后的體積密度大于烘干的體積密度;澆注料的抗折強度則隨之不斷增大,白剛玉的增大較少,高鋁料的增大較多,棕剛玉的居中;隨著燒結溫度的升高,白剛玉骨料配制的澆注料,其燒后線膨脹增大,在1100~1400℃之間,因形成較多的尖晶石等礦物,燒后線膨脹急劇增大。在1400~1600℃之間,該料含雜質較少,故燒后線膨脹持續而平穩的增加,到1600℃仍約有2%的線膨脹;棕剛玉和高鋁骨料配制的澆注料,其變化規律基本相似,1400℃燒后線膨脹最大。到1600℃燒后,因特礬中SiO2含量及R2O含量最高,產生較多的液相量,抵消了生成MA和CA6伴隨的體積膨脹,故該種料呈現為燒后線收縮,對鋼包耐火澆注料的使用是不利的。這也是采用的高鋁料作鋼包耐火澆注料時,需添加較多的鎂質材料的緣故;棕剛玉骨料澆注料的1600℃燒后線變化,在兩者之間,其燒后線膨脹為0.62%。
高技術鋼包耐火澆注料的一個特點是,將耐火骨料臨界粒徑從約為10mm擴大到25mm左右,以提高其抗熱震性。表3為粗大骨料澆注料的抗剝落性能試驗結果。用剛玉鎂砂尖晶石質耐火澆注料做成標磚試樣,放進1450℃的電爐中加熱一定時間后,取出試樣在空氣中強冷至室溫,再反復循環,測定其表面開裂情況。表中△表示試樣完好,×表示試樣開裂。×越多,表示試樣開裂也多。
表3 :粗大骨料澆注料的抗剝落性能試驗結果
試樣冷熱循環次數/次 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
澆注料 |
未加粗大骨料 |
△ |
× |
×× |
×××× |
××××× |
××××× |
添加粗大骨料 |
△ |
△ |
△ |
× |
×× |
×× |
添加粗大骨料的耐火澆注料,抗剝落性能比未加粗骨料的好,即提高了抗熱震性。通過巖相分析認為,添加粗大骨料后,裂紋形態發生了偏移和分岔,抑制了長裂紋并改變方向,也阻止了基質內裂紋的擴散,故提高了澆注料的抗剝落性能。某廠在鋼包耐火澆注料中添加20~25mm的粗大骨料7%,就減少了鋼包襯的裂紋,提高了包齡。當粗大骨料在耐火澆注料中用量過多時,將沿著粗大骨料或與之相連的裂紋增多,則降低耐火澆注料的抗熱剝落性,影響其使用。粗大耐火骨料的用量,應兼顧鋼包耐火澆注料的全面性能,經試驗確定。
所以,我們在生產耐火澆注料的時候對耐材原料及其骨料的選擇尤其重要。如:含量、理化指標以及加工生產與運輸儲存等都要嚴格要求,包括每個細節都要注意,嚴把質量關。
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