引入镁质废料对镁质浇注料性能的影响

镁质浇注料开裂的解决措施赵子龙陈勇罗先进吴晓宋世峰濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司河南濮阳457100摘要从分析镁质浇注料开裂原因入手，选取MgO-SiO2体系作为解决问题的基本方案，通过调整镁质浇注料的配比和改进生产工艺等措施，较好的解决了制品开裂问题。

关键词镁质浇注料，镁砂水化，硅微粉，金属铝粉，镁质预制件1 引言镁质耐火材料属碱性耐火材料，具有耐火度高、荷重软化温度高等特点，且能够吸收熔融钢水和渣中Al2O3夹杂物，在其表面形成镁铝尖晶石，对碱性渣和铁渣都有很好的抗侵蚀性，同时也具有净化钢水的作用。

资料[1]表明，镁质耐火材料对钢液的污染明显低于高铝质耐火材料。

然而镁质浇注料的显著缺点就是所使用的镁砂易于水化，在生产过程中容易出现上涨、裂纹等现象，另外在快速烘烤过程中，容易产生很大的热应力而造成热震损伤，甚至发生爆裂现象，严重影响材料的高温使用性能，从而限制了镁质浇注料的大规模使用。

2 镁质浇注料体系的选取镁质浇注料在自然养护和干燥过程中，容易出现上涨、开裂等现象，这是由镁砂水化引起的。

镁砂水化就是镁砂中的MgO在常温下与H2O发生溶解析出反应，同时伴随很大的体积膨胀，促使镁质浇注料产生内应力，最终导致裂纹的产生。

采用高密度的大结晶镁砂、通过添加有机物包裹镁砂等方法，可以提高镁砂的抗水化性能，然而在实际应用中，由于受产品价格和工艺等因素的制约，具体操作起来往往比较困难。

根据工艺的实际情况，并参考李楠[2]等人对镁质浇注料的研究：常温下SiO2超微粉遇水后，其表面形成羟基，即Si-OH键，经自然养护和干燥后，脱水架桥形成了硅氧烷网络结构。

同时，由于其表面有大量未键合的O2-，而O2-很容易被吸附于MgO颗粒表面的Mg2＋离子上而形成镁氧硅链，从而减少了与Mg2＋结合的OH一基团，与形成H-O-Mg-O-H及氢氧硅链相比，水分子减少了。

每形成一个镁氧硅链即可减少一个水分子。

由于排出的水量减小，降低了镁质产品烘烤过程中开裂的可能性。

论文题目：镁质耐火材料学院：化学与化工学院专业：无机非金属材料工程122年级：2012级学号： 1208110476 学生姓名：李文雪指导教师：杨林镁质耐火材料以菱镁矿、海水镁砂和白云石等作为原料，以方镁石为主晶相、氧化镁含量在80%以上的耐火材料。

属于碱性耐火材料，即为镁质耐火材料。

以下文章就镁质耐火材料的熔点，抗热震性，耐火度，水化反应，制备，储存等所得心得。

随着工业的进步，镁质耐火材料需要适应这个情况而逐步改善其各种性能，文章就其抗腐蚀性，抗渣性等等的改善提出了一些改善的方法。

最终知道，添加一些添加剂，可以很大程度的改善镁质耐火材料的某些性能，所以在镁质耐火材料的生产过程中，我们可以考虑加入一定的添加剂。

1、陈肇友,李红霞.镁资源的综合利用及镁质耐火材料的发展[J]. 耐火材料,2005,01:6-15.本文介绍了镁资源综合利用的途径及镁质耐火材料在高温工业中的发展情况。

在镁质耐火材料的发展情况中，从应用理论系统地分析并介绍了镁质耐火材料在高温工业：炼钢、有色金属冶炼、水泥窑及垃圾焚烧熔融炉的应用情况及其发展，并介绍了MgO-CaO材料的抗侵蚀和水化问题，以及尖晶石材料与镁质不定形耐火材料的研究现状和发展趋势。

镁质耐火材料一般是由菱镁矿高温煅烧后的镁砂制做的烧成镁砖，由于热膨胀系数大，抗热震性差，易吸潮水化，以及熔渣易渗入砖内甚深，抗热剥落与结构剥落性不好，现在除在一些温度比较稳定的连续式生产的高温炉中仍部分使用外，随着钢铁冶炼、有色冶炼、水泥窑的发展，使用的镁质耐火材料多为镁质复合材料，如镁碳砖、镁钙碳砖、镁钙砖、镁钙锆砖、镁铝尖晶石砖、镁铬砖等。

在以后的发展中，我们要着重发展镁质耐火材料的抗侵蚀性能，还有抗震性，逐步改善镁质耐火材料各方面的性能，使镁质耐火材料发挥自身最大的优点同时使其他材料的性能提升。

2、乌志明,马培华. 镁、镁资源与镁质材料概述[J]. 盐湖研究,2007,04:65-72.本文从中国盐湖卤水镁资源的开发形势十分严峻说起。

第３期严培忠，等：镁质一铝镁质复合型挡渣墙的研制２０１０年６月２．３两种材料相接部位的抗渣性研究从图１所示抗渣试验后坩埚试样的剖面可以看出，铝镁质和镁质浇注料按ｌ：１质量比所制混合料的抗渣性比铝镁质浇注料的差一些，但比镁质浇注料的好。

考虑到实际生产中铝镁质浇注料的密度要比镁质浇注料大一些，且其流动性也稍好一些，推测在实际相接部位存在铝镁质浇注料嵌入镁质浇注料中的趋势。

这相当于向镁质浇注料中加入了刚玉与氧化铝微粉，因此可提高镁质材料的抗热震性与抗碱性渣的渗透性，但其抗渣侵蚀性会降低。

然而，只要操作得当，严格控制两材质相接部位的实际面积，基本上还是以发挥镁质和铝镁质浇注料的各自优点为主。

图１抗渣试验后坩埚试样剖面的照片Ｆｉｇ．１Ｓｅｃｔｉｏｎｐｈｏｔｏｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｆｔｅｒｓｌａｇ—ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｅｓｔ２．４复合成型工艺参数的确定复合振动成型时，两种浇注料的接合界面是不平整的，其形态大致可以分波浪形和单面倾斜形２类，将其界面的最高点与最低点之间的高度差称为界面波动幅度，其大小影响复合界面的位置。

水平复合成型（平振）是采用以挡板隔开的方式一次振动成型。

上下复合成型（立振）采用２次延时振动，第１次振动是在只有镁质浇注料时进行，第２次振动是在两浇注料接触之后进行的。

试验中发现，立振时第１次振动所用时间对复合挡渣墙的强度影响不大，但立振时第２次振动时间和平振时的振动时间对复合挡墙的强度和界面波动幅度都有一定影响：振动时间延长，墙体强度有保障，但界面波动幅度较大，影响复合型挡墙渣线部位的使用效果；振动时间短，界面波动幅度较小，但墙体强度可能无法保证。

立振时两种浇注料接触之后的第２次振动时间对试样抗折强度及界面波动幅度的影响见图２。

从图２中可以看出：随着振动时间的延长，试样强度会提高，振动３ｒａｉｎ时，强度达到最高值，继续振动，强度变化不大，且呈下降趋势；界面波动幅度随振动时间的延长总体上是增加的，但是振动时间小于３ｒａｉｎ时，对界面波动幅度的影响较小，超过３ｍｉｎ，对界面波动的影响迅速增大。

镁砂细粉加入量对水合氧化铝结合铝镁质浇注料性能的影响彭从华1,2)梁永和1)游道铭2)曹志明1)1)武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北重点实验室武汉4300812)武钢耐火材料有限责任公司摘要研究了镁砂细粉加入量对水合氧化铝结合铝镁质浇注料常温物理性能、热震稳定性和抗渣性能的影响。

结果表明：加入适量的镁砂细粉,常温下浇注料的物理性能良好；高温下镁砂细粉与氧化铝反应形成镁铝尖晶石,能提高浇注料的热震稳定性和抗渣侵蚀性能。

本实验条件下，镁砂细粉的加入量以4%为适。

关键词镁砂细粉浇注料物理性能热震稳定性抗渣侵蚀性铝镁质浇注料因其具有良好的抗渣侵蚀和渗透的优点，被广泛地应用在钢包内衬上。

目前，铝镁浇注料多采用铝酸钙水泥作结合剂，但加入的水泥不可避免地会在浇注料中引入CaO，这对浇注料的抗渣性能不利[1]。

而以水合氧化铝（ρ-Al2O3）替代铝酸钙水泥结合剂的高纯铝镁质浇注料，其荷重软化温度和抗渣性能均提高[2]。

对以纯铝酸钙水泥为结合体系的铝镁质浇注料，镁砂细粉的加入量的研究已有不少的报道，而以水合氧化铝为结合体系的铝镁质浇注料，镁砂细粉的加入量研究不多。

本文主要研究了镁砂细粉加入量对水合氧化铝结合高纯铝镁质浇注料性能的影响。

1 实验1.1原料及配比试验采用电熔白刚玉、电熔镁砂细粉、α-Al2O3微粉、SiO2微粉、水合氧化铝微粉等原料，原料的化学成份见表1。

浇注料骨料的临界粒度为8 mm，由粒度为8～5 mm、5～3 mm、3～1 mm和≤1 mm 的4级电熔白刚玉组成；基质料由白刚玉粉（≤0.063 mm）、电熔镁砂粉（≤0.088 mm）、α-Al2O3微粉（d50=2.5 μm）、水合氧化铝和外加剂组成。

骨料与基质料的质量比为70∶30。

固定白刚玉骨料、SiO2微粉、水合氧化铝和α-Al2O3微粉的含量，分别采用加入不同量的镁砂细粉进行对比试验。

表1 原料的化学成份(w)项目AlO3MgO CaO SiO2Fe2O3Na2O2电熔白刚玉99.46 ——0.11 0.13 0.11电熔镁砂0.27 95.78 0.95 2.5 0.13 0.26α-Al2O3微粉99.7 ——0.02 0.01 0.27ρ- Al2O3微粉91.61 ——0.19 0.06 0.31SiO2微粉0.62 1.52 0.45 89.72 2.48 —1.2 试样的制备及性能的检测将不同的原料按配比混合后，加入适量的水（约4.5%），充分搅拌后振动成型为40 mm ×40 mm ×160 mm 的试样，室温下养护24 h 后脱模，分别经110 ℃ 24 h 、1100 ℃ 3 h 、1600 ℃ 3 h 处理，然后测试样的显气孔率、体积密度、耐压强度和抗折强度；浇注料的抗热震性以1600 ℃ 3 h 处理后试样经1100 ℃水冷1次后的抗折强度保持率表征。

工程设计MgO 膨胀剂的研究最早开始于水工混凝土领域，20世纪70年代开始，我国科研人员运用MgO 延迟膨胀的特点，补偿大体积混凝土温降收缩，避免了大坝混凝土的开裂，有效控制了混凝土的应变。

基于此，研发了具有自主知识产权的“氧化镁混凝土快速筑坝技术”，这项技术在国际筑坝技术有重大创新和突破[1-3]。

与传统的膨胀剂相比，MgO 膨胀剂具有以下优点：不同活性值MgO 膨胀历程和膨胀效能具有很明显的差别，性能可设计性强；水化产物Mg(OH)2溶解度极低，稳定性好；MgO 的水化反应需水量较小。

MgO 膨胀剂由最初用于补偿温降速率较慢的大坝混凝土温降收缩，后开始不断在水工大体积混凝土以外的工程中得到试应用。

氧化镁应用前景广阔，但在推广应用时仍面临一些问题[4]。

主要表现在：MgO 膨胀剂质量控制较难，MgO 膨胀剂性能对煅烧工艺极为敏感，长期以来，混凝土用MgO 膨胀剂缺乏专门的生产线，通常采取煅烧耐火材料或水泥用的立窑或回转窑，导致产品质量难以控制，均匀性和稳定性差；菱镁矿资源相对稀缺，MgO 膨胀剂由菱镁矿煅烧制得，菱镁矿主要分布于我国的辽东半岛和胶东半岛，高品位菱镁矿主要分布在辽东半岛，是国家重点保护的稀缺资源。

MgO 膨胀剂对应用技术要求高，正是由于MgO 膨胀剂膨胀历程的可设计性较强，也使得MgO 膨胀剂应用技术变得更为重要，需要综合考虑膨胀的可控性、有效性和安全性[5]。

1试验1.1原材料试验原材料采用石门中热水泥，华能Ⅰ级粉煤灰，细度模数为2.6河砂，粒径5mm~16mm 连续级配的玄武岩碎石，骨料级配（小石：中石）=7:3，外掺减水剂（缓凝型）PCA-T2和引气剂GYQ 。

1.2配合比及试验方法参照JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》[6]，按照体积法进行外掺MgO 混凝土配合比设计。

为了对比研究轻烧MgO 在不同强度等级混凝土的工作性影响规律，水胶比分别选定为0.42、0.45、0.48和0.51，砂率固定为33%，粉煤灰掺量固定为胶凝材料总量的25%，轻烧MgO 掺量固定为胶凝材料总量的5%。