表面处理镁钙砂对浇注料性能的影响
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第26卷第1期武汉科技大学学报(自然科学版)Vol.26,No.1
2003年3月J.ofWuhanUni.ofSci.&Tech.(NaturalScienceEdition)Mar.2003
收稿日期:2002-09-10
作者简介:欧阳军华(1976—),男,武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点实验室,硕士生.
表面处理镁钙砂对浇注料性能的影响欧阳军华1,顾华志1,2,汪厚植1,张文杰1,徐 淼1(1.武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点实验室,湖北武汉,430081;
2.北京科技大学固体电解质和冶金测试技术国家重点实验室,北京,100083)
摘要:研究了经液相浸泡法表面处理过的镁钙砂而制成的镁钙浇注料的物理性能、抗渣性能的变化规律。结果表明,镁钙浇注料具有较镁质浇注料更好的性能,其中,当CaO含量为10%时镁钙浇注料的物理性能和抗渣性能最好,试样中镁钙砂的包覆膜没有受到破坏,且起到某种程度的辅助结合作用。关键词:镁钙浇注料;表面处理;性能;抗渣性中图分类号:TQ175171
+
3 文献标识码:A 文章编号:1672-3090(2003)01-0014-03
由于MgO2CaO材料具有去除钢水中Al2O3、SiO2以及脱S、P和抗碱性熔渣能力,因而是冶炼特殊钢、洁净钢不可缺少的优质耐火材料[1]。而以MgO为主要成分的镁质浇注料与硅微粉结合,可明显降低浇注料中镁砂的水化程度,使浇注料在烘烤过程中的粉化和开裂现象大为减少,同时,引入硅微粉,还可使浇注料具有良好的流动性[2]。笔者采用硅微粉结合,以经过抗水化表面处理过的镁钙砂为原料,研究不同CaO含量下镁钙浇注料的物理性能和抗渣性能的变化规律。1 实验过程实验以经磷酸盐溶液浸泡处理过的镁钙砂[3,4]和电熔镁砂为主要原料,以硅微粉为结合剂。原料的化学组成及基本配方分别如表1、表2所示。在搅拌锅中搅拌,外加适量水,经振动台振动浇注成型。试样大小为:40mm×40mm×160mm和70mm×70mm×70mm,并带有Φ30mm×40mm的圆柱孔。试样养护24h后脱模,自然干燥24h,再在110℃下干燥24h。 表1 原料的化学成分 单位:wBΠ%SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2OIL镁钙砂0.670.190.5556.0341.080.150.15镁砂0.68-0.400.7897.90-0.10 表2 镁钙浇注料基本配方 单位:wBΠ%CaO电熔镁砂镁钙砂硅微粉1～5mm0～1mm<0.088mm1～5mm10351328202201813284023001028602 按GBΠT300121982和GBΠT507221985测定浇注料经不同温度(110℃×24h,1000℃×3h及1500℃×3h)处理后的常温耐压强度和抗折强度;显气孔率、体积密度按GBΠT299721982的标准进行检测。用坩埚法进行抗渣实验。在上述坩埚试样中装入30g转炉终渣,渣的化学成分如表2所示。实验温度为1600℃×3h,抗渣实验后沿坩埚的中心线切开,测量其熔损深度和渗透深度,并利用扫描电镜及能谱分析仪观察其相组成和显微结构的变化。
表3 熔渣的化学成分 单位:
w
B
Π%
CaOSiO2Al2O3Fe2MgOR2OTiO2P2O5IL44.2812.781.2726.858.750.070.521.490.95
2 结果与讨论2.1 浇注料的物理性能镁钙浇注料经110℃×24h,1000℃×3h及1500℃×3h处理后的物理性能如图1所示。
图1 不同CaO含量的镁钙浇注料的物理性能■—110℃×24h;●—1000℃×3h;▲—1500℃×3h
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 从图1中看出,经不同温度处理后的镁钙浇注料的抗折强度和耐压强度都随着CaO含量的增加先升高后下降,在CaO含量10%处达到最大值,含CaO的浇注料的强度均优于不含CaO的纯镁质浇注料;浇注料的体积密度和显气孔率也显示出与前面正好相反的一致性规律,即随着CaO含量的增加呈先下降后升高的趋势;镁钙浇注料的强度高于镁质浇注料的强度,这可能是镁钙砂包裹的磷酸盐薄膜在浇注料中起到了与基质镁砂粉的辅助结合作用。因为由热力学计算可知,镁钙砂表面的磷酸盐在常温下就可以和MgO或Mg(OH)2发生反应,从而使镁钙浇注料结合得更牢固,故其强度较镁质浇注料高。随着浇注料中CaO含量的增加,引入的镁钙砂相应增多,而镁钙砂表面的膜的密度相对较疏松,所以浇注料的性能相应地有所降低。2AlPO4+3MgO→Mg3(PO4)2+Al2O3ΔG0=-21211kJΠmol2AlPO4+3Mg(OH)2→Mg3(PO4)2+2Al(OH)3ΔG0=-44811kJΠmol图2 CaO2MgO2SiO2系相平衡图从CaO2MgO2SiO2相图2中看出,该系统出现液相的最低温度为1360℃;浇注料经1000℃烧成后,硅微粉作为结合剂的低温结合作用已经失去,镁钙砂表面的包敷膜结构较疏松,故强度较低;而在1500℃烧成时,试样中出现少量液相,促进烧结,使材料强度提高。2.2 浇注料的抗渣性把浇注料抗渣实验后的试样沿纵截面切开,仔细观察切开后的试样,发现各试样都有一定程度的侵蚀,而镁质浇注料和CaO含量为30%的镁钙浇注料试样有较明显的裂纹,CaO含量为10%和20%的试样基本上没有被侵蚀,其表面光滑,
没有裂纹。镁质浇注料和CaO含量分别为10%、20%及30%的镁钙浇注料都有一定的渗透,各试样的渗透深度依次为17mm,13mm,15mm和20mm。通过扫描电镜和电子探针分析发现,在镁质浇注料M#的基质部分中渣渗透较多,CaO,Fe
2
O3,SiO2的含量较高。如图3所示((a)左边均为
图3 M#和2#试样抗渣试验后的扫描电子图像工作面),点1处的CΠS约为2,此处物相主要为C2S;点2处CΠS为4.68,同时该处存在大量的Fe2
O3,因此此处主要形成铁酸钙低熔物,使渣的粘度
降低,更易向基质内渗透。而从图3(b)所示镁钙浇注料2#试样(10%CaO)离工作面2mm处的扫描电镜和电子探针(图4)结果分析看,基质部分的主要物相为MgO,C
3S,
有利于抑制渣的渗透。
这主要是由于镁钙浇注料中CaO含量较镁质浇注料高,因而在颗粒与基质的边界处容易形成高熔点相C
2S和C3S,使试样的直接结合程度提高,
而大的二面角和较高的直接结合程度都有利于提高试样的抗渣性,故镁钙浇注料的抗渣性比镁质浇注料的抗渣性好。
图4 2#试样抗渣实验后的线扫描图CaO含量为30%的4#试样抗渗透性降低,主
要是因为渣中Fe
2O3含量较高(26.85%),从CaO2
Fe2O3系二元相图上看,相图上有两种低共熔点化合物2CaO・Fe
2O3(C2F)和CaO・Fe2O3(CF)。C2F
512003年第1期 欧阳军华,等:表面处理镁钙砂对浇注料性能的影响© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图5 3#试样抗渣试验后的电子探针元素分布图和CF的熔点大约分别为1435℃和1200℃,而C
2F
经常同C
4AF以固溶体存在。从SEM
和能谱分析
中都可以看到,向里面渗透的主要是Fe
2O3。从图
5中可见,Ca的分布除了与Si很吻合外,还部分与Fe,Al吻合。因此低熔点物质大量形成,抗渗透性降低。此外,对抗渣试验后的2#和3#试样进行扫描分析发现,试样中P和Ca元素能够很好地吻合,说明在浇注料制备过程中,镁钙砂表面的抗水化膜没有受到明显破坏,磷酸盐对镁钙砂颗粒包裹良好。
4 结语采用磷酸盐浸泡处理后的镁钙砂所制得的镁钙浇注料,其物理性能和抗渣性比镁质浇注料要
好,其中CaO含量为10%时,镁钙浇注料的强度最高,抗渣性最好;而且抗渣实验后浇注料中镁钙砂表面的磷酸盐包覆膜没有被破坏。但是,
浇注料中CaO含量超过20%后,由于渣中Fe
2O3
含量较高,因而抗渣渗透性有所降低。
参考文献[1] HisashiNakamura.DevelopmentofMgO2CaOCastablefortheSlagLineofSteelLadles[J].JournaloftheTechnicalofRefractories,Japan,2002,20(2):99—104.[2] SandbergB,MosbergT.UseofMicrosilicainBinderSys2temforUltraLowCementCastableandBasic“Cement2free”Castable[J].CeramicTransactions,1989,(4):245—258.[3] HuazhiGu,HouzhiWang,JialinSun,etal.HydrationKineticsofCaO2MgOClinkerafterSurfaceTreatmentThroughH3PO4orAl(H2PO4)3Solution[J].KeyEngi2neeringMaterials,2002,224:378—384.[4] 顾华志,洪彦若,汪厚植,等.镁钙材料表面抗水化膜的组织和性能[A].钢铁材料用耐火材料技术研讨会论文集[C].江苏:中国金属学会上海分会,
20021232—236.
EffectsofSurfaceModifiedMgO2CaOClinkeronPorperitiesofCastableOUYANGJun2hua1,GUHua2zhi1,2,WANGHou2zhi1,ZHANGWen2jie1,XUMiao1(11KeyLaboratoryofHubeiProvinceforCeramicsandRefractories,
WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,China;21KeyStateLaboratoryonSolidElectrolytesandMetallurgicalTestingTechniques,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)
Abstract:ThepropertiesofMgO2CaOcastableinwhichtheMgO2CaOclinkerwaspreparedbymeansofliquiddip2pingisstudiedinthepresentpaper.TheresultshowsthattheMgO2CaOcastablehasbetterphysicalperformanceandslagresistancethanMgOcastableandthebestcontentofCaOshouldbe10%.ThefilmclosedonMgO2CaOclinkerhasnotbeendamagedduringpreprationandratheractsasanassistingbinderincastable.Keywords:MgO2CaOcastable;surfacetreatment;properties;slagresistance
