隨著礦產(chǎn)資源的逐步枯竭，剛玉、礬土等資源性的原料價(jià)格逐年看漲;同時(shí)，鋼鐵企業(yè)對(duì)成本的控制也使耐火材料的售價(jià)逐年走低。因此，急需開發(fā)一種成本更低，使用性能優(yōu)異的鋼包自流澆注料。順應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，我公司采用我國資源豐富、價(jià)格低廉的鎂砂代替價(jià)格高昂的剛玉等材料，成功研制了低成本、高性能的鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料，不僅能滿足鋼鐵企業(yè)的使用要求，也為企業(yè)帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
試驗(yàn)
原料
采用的主要及其化學(xué)組成見表1。
表1 試驗(yàn)用原料的化學(xué)組成(w) %
試樣制備
以棕剛玉和鎂砂顆粒為骨料，剛玉細(xì)粉及Al2O3微粉等為基質(zhì)料，骨料與基質(zhì)料按65:35的質(zhì)量比配料。改變鎂砂的粒度組成、添加量及品位，調(diào)整基質(zhì)中Al2O3微粉的比例，將不同配料組合混勻后加入適量的水，充分?jǐn)嚢瑁蛊渚哂泻芎玫牧鲃?dòng)性，然后自然澆注(不振動(dòng))成40mm×40mm×160mm的條樣，成型24h后脫模，并在20~30℃的環(huán)境溫度下養(yǎng)護(hù)24h，然后在(110±5)℃下干燥24h，干燥后試樣進(jìn)行1500℃3h熱處理，冷卻后測(cè)其常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度和燒后線變化率。
澆注料初始流動(dòng)值及衰減的測(cè)定
眾所周知，自流澆注料最重要的特性就是流動(dòng)性能優(yōu)良，因此，流動(dòng)性的檢測(cè)至關(guān)重要，本試驗(yàn)采用GB 2429—81中描述的方法檢測(cè)自流料的流動(dòng)值。為保證施工性能，同時(shí)需檢測(cè)自流料流動(dòng)值的衰減，一般來說，需保證30min的現(xiàn)場可施工時(shí)間，因此，本實(shí)驗(yàn)同時(shí)還檢測(cè)了同一盤澆注料靜置30min后的流動(dòng)值。
結(jié)果與討論
鎂砂粒度組成對(duì)澆注料流動(dòng)性的影響
以電熔鎂砂為例研究鎂砂粒度組成對(duì)澆注料流動(dòng)性的影響。保持鎂砂的總量不變，調(diào)整鎂砂的粒度組成，分別制作1#~4#四組澆注料(分別加入足量的水分)，檢測(cè)初始流動(dòng)值及30min后的流動(dòng)值衰減，檢測(cè)結(jié)果見表2。
表2 鎂砂粒度組成對(duì)澆注料流動(dòng)性的影響
從表2可以看出，隨著鎂砂顆粒的增多，澆注料的初始流動(dòng)值增加，流動(dòng)值衰減減少，但初始流動(dòng)值的增加不太明顯，流動(dòng)值衰減卻相當(dāng)明顯：細(xì)粉加入量最多的1#試樣，靜置30min后澆注料已基本無流動(dòng)性，無法施工；2#、3#試樣的流動(dòng)性衰減也較大， 施工性能不好;4#試樣以全顆粒鎂砂形式加入，初始流動(dòng)性好，衰減也低，施工性能優(yōu)良。其主要原因是鎂砂粒度減小，鎂砂表面的水化越兇，流動(dòng)性衰減也就越快。因此，考慮到自流料的施工性能，鎂砂的加入方式采用全顆粒形式加入。4#試樣與剛玉質(zhì)自流料的流動(dòng)性相當(dāng)，主要是由于鎂砂顆粒形狀較規(guī)則，被細(xì)粉包裹時(shí)阻力不大，同時(shí)鎂砂顆粒的水化緩慢，因此流動(dòng)性衰減也不大。
鎂砂添加量對(duì)澆注料流動(dòng)性及物理性能的影響
根據(jù)2.1的結(jié)論，鎂砂均采用顆粒形式加入。以電熔鎂砂為例研究鎂砂添加量對(duì)澆注料流動(dòng)性及強(qiáng)度的影響。
改變鎂砂顆粒的加入量制成4#~6#澆注料試樣，檢測(cè)初始流動(dòng)值和30min后的衰減流動(dòng)值，以及澆注成型后試樣于1500℃3h熱處理的物理性能。具體添加量及性能的檢測(cè)結(jié)果見表3。
表3 鎂砂添加量對(duì)自流料流動(dòng)性和熱處理后物理性能的影響
從表3可以看出：
(1)鎂砂顆粒添加量對(duì)自流料的流動(dòng)值影響不大，4#~6#自流料試樣的初始流動(dòng)值均較好，流動(dòng)性衰減也較少。這可能是由于鎂砂顆粒水化較弱，即使添加量增加，水化程度的增加也不明顯，因此對(duì)流動(dòng)性的影響較小。
(2)隨著鎂砂添加量的降低，試樣的強(qiáng)度增加，線膨脹變小。這主要是由于鎂砂越多，在高溫下MgO與Al2O3反應(yīng)生成的尖晶石量越多，因此線膨脹率也越大;同時(shí)鎂砂含量增多后，由于組織結(jié)構(gòu)的不均勻及熱膨脹系數(shù)不匹配，未反應(yīng)的鎂砂接力在冷卻過程中于周圍基質(zhì)間產(chǎn)生的間隙增多，導(dǎo)致澆注料整體結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度相應(yīng)下降。可見，當(dāng)鎂砂顆粒的加入量在20%時(shí)，澆注料具有優(yōu)異的流動(dòng)性能，較好的強(qiáng)度，以及較小的線變化率。
鎂砂品位對(duì)澆注料理化性能的影響
保持鎂砂的總量不變，研究97高純鎂砂與95中檔鎂砂對(duì)澆注料強(qiáng)度及燒后線變化率的影響，結(jié)果見表4。從表中可以看出，隨著鎂砂品位的降低(原料成本也隨之下降)，試樣的強(qiáng)度增加，線膨脹率變小。這可能時(shí)由于鎂砂品位降低，材料中的CaO、SiO2等雜質(zhì)成分增多，在高溫下基質(zhì)部分容易形成更多的低熔相而促進(jìn)燒結(jié)，產(chǎn)生的收縮部分抵消了試樣的膨脹，造成試樣的線變化率降低，燒后常溫強(qiáng)度增加。因此，采用品位更低的95中檔鎂砂作鋁鎂澆注料的骨料，不僅成本更低，也更易于燒結(jié)，強(qiáng)度也更高。
表4 鎂砂品位對(duì)1500℃ 3h燒后試樣性能的影響
Al2O3微粉添加量對(duì)澆注料流動(dòng)性及理化性能的影響
保持中檔鎂砂的總量不變，研究了不同添加量的Al2O3微粉對(duì)澆注料流動(dòng)性及強(qiáng)度的影響，見表5。從中可以看出：
表5 Al2O3微粉含量對(duì)試樣性能的影響
(1)隨著Al2O3微粉量的增加，澆注料的流動(dòng)性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)Al2O3微粉含量適當(dāng)時(shí)，主要其填充作用，澆注料流動(dòng)性增加;當(dāng)Al2O3微粉的含量過高后，由于Al2O3微粉的比表面積高，活性大，與水接觸時(shí)反應(yīng)程度大，導(dǎo)致澆注料的黏度過高，從而使流動(dòng)性略有下降。綜合考慮強(qiáng)度及流動(dòng)性能，Al2O3微粉的加入量為2a時(shí)，性能更佳。
(2)隨著Al2O3微粉量的增加，澆注料的烘干強(qiáng)度增加，主要由于Al2O3微粉粒徑很小，可以有效填充顆粒與顆粒間的空隙，使?jié)沧⒘系某貜?qiáng)度提高;澆注料的燒后強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，主要是由于Al2O3微粉活性高，加入量適量時(shí)，在高溫下可起到促進(jìn)燒結(jié)的作用，導(dǎo)致強(qiáng)度提高，但當(dāng)Al2O3微粉的添加量過高后，除一部分填充空隙外，多余的Al2O3微粉優(yōu)先與澆注料中的水泥發(fā)生反應(yīng)而消耗基質(zhì)中大量的Al2O3，同時(shí)反應(yīng)伴隨體積膨脹，使?jié)沧Ⅲw高溫處理后結(jié)構(gòu)缺陷很大，強(qiáng)度降低。因此，鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料中水泥含量不宜過高。
(3)工業(yè)應(yīng)用
施工工藝
將自流澆注料倒入攪拌機(jī)或料斗內(nèi)，啟動(dòng)攪拌機(jī)或揮動(dòng)鐵鏟，并慢慢地加入干凈水進(jìn)行混料。施工要點(diǎn)如下：
(1)嚴(yán)格控制加水量(在干料總質(zhì)量的6%~7%)，可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整：
(2)嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間，加入清水后的攪拌時(shí)間一般控制在：機(jī)械攪拌為3~5min，人工交保為6~8min;以水泥攪拌均勻?yàn)闇?zhǔn)。
(3)攪拌均勻的泥料應(yīng)復(fù)合以下要求;泥料靜置時(shí)無分層;排氣性好;流動(dòng)性好，初始流動(dòng)值達(dá)到190~230mm；無干料、結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。
鋼廠使用效果
我公司研制的低成本、高性能鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料，已成功在國內(nèi)多家大中型鋼廠的80~200t鋼包上使用，使用效果優(yōu)良。該鋁鎂質(zhì)自流澆注料流動(dòng)性好，易于施工，能自動(dòng)推平且排氣性好;高溫使用性能優(yōu)良，抗鋼水沖刷及熔渣滲透性強(qiáng);微膨脹，能減少透氣磚與包底之間的縫隙，避免了滲鋼;其使用壽命能與透氣座磚壽命同步。且自流料侵蝕速度優(yōu)于透氣座磚邊緣的侵蝕強(qiáng)度，因此能很好的保護(hù)透氣座磚。綜合分析使用效果及經(jīng)濟(jì)成本，鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料完全能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛玉質(zhì)自流澆注料。
結(jié)論
(1)鎂砂以全顆粒形式加入時(shí)，鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料的流動(dòng)性及施工性能更佳。
(2)鎂砂以全顆粒形式加入時(shí)，其加入量的多少對(duì)自流澆注料的流動(dòng)性及施工性能影響不大;鎂砂含量越低，澆注料的強(qiáng)度越高，線膨脹越小；加入鎂砂顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以20%為宜。
(3)鎂砂的品位越低，澆注料的成本下降，且強(qiáng)度提高，線膨脹變小。
(4)添加適量的Al2O3微粉對(duì)自流澆注料的流動(dòng)性及強(qiáng)度均有提高。
(5)工業(yè)試驗(yàn)表明，低成本、高性能的鋁鎂質(zhì)鋼包自流澆注料完全能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛玉質(zhì)自流澆注料。
