废镁铬砖在镁质浇注料中的应用

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te s t(1500 ℃ 3 h)
从图 4 可以看出 :两试样中均无残留的渣 ,渣全 部渗透到试样内部 ,试样内壁光滑 ,无侵蚀 。对试样 FM3做扫描电镜和能谱分析 ,结果如图 5所示 。图 5 显示 ,渣在含废镁铬料浇注料中的侵蚀行为以溶蚀为 主 ,渣沿着颗粒之间的缝隙和晶界向浇注料的内部进 行 扩散与渗透 。为了比 较渣在 试样 M 4与 试样 FM 3
45. 99% , A l2 O3 0. 98% , M nO 3. 76% , SiO2 8. 56% , M gO 7. 67% , P2 O5 1. 82% , S 0. 047% ) ,加热升温至 1500 ℃保温 3 h,待试样冷却后取出 ,纵向剖开 ,其剖 面如图 4所示 。
中的侵蚀程度 ,分别在两试样的渣接触面进行 SEM 分析 ,结果如图 6和图 7所示 。又分别在试样 M4 和 FM3距渣接触面 40 mm 处进行 SEM 分析和相应的 EDAX分析 ,结果如图 8和图 9所示 。
宝钢 RH 炉用废镁铬砖每年有 3000 t之多 ,由于 钢厂 RH 炉的废镁铬砖质量较好 ,具有循环利用价 值 ,并且废镁铬砖如果不经过处理就被排放到环境 中 ,三价铬离子转化为六价铬离子后 ,会对环境造成 极大的污染 [ 1 - 4 ] 。还有 ,由于目前国内炼钢工艺的要 求和镁铬耐火材料的特性 ,每年都会使用并产生大量 的废镁铬耐火材料 ,而且短期内镁铬耐火材料还无法 被替代 。因此 ,本工作对利用废镁铬砖制备镁铬浇注 料进行了初步的研究 。
图 1是电熔镁砂细粉悬浮液的 ζ电位与 pH 值的 关系。从图可见 ,随着 pH 值的增加 ,即溶液碱性的增 加 ,电熔镁砂细粉悬浮液的 ζ电位绝对值增加。在 pH 值 = 9时 ,ζ电位绝对值为 31. 2。所以 ,如果制备电熔 镁砂的高稠悬浮液 ,其 pH值调在 9~10之间最合适 。
根据文献 [ 5 ]和实际生产经验确定镁质浇注料中 的减水剂为 : 三聚磷酸钠 ( Na5 P3 O10 ) , 六偏 磷酸 钠
图 2结果表明 :无论在 pH 值 = 7还是 pH 值 = 9 时 ,六偏磷酸钠的加入都大大提高了电熔镁砂细粉悬 浮液的 ζ电位的绝对值 ,即质点间的排斥力大大增 加 。六偏磷酸钠对 pH 值 = 9的电熔镁砂细粉悬浮液 可以获得很好的减水效果 ,这与镁质浇注料在实际生 产中的 pH 值接近 。
在上述条件不变时 ,以废镁铬砖细粉代替电熔镁 砂细粉制备成悬浮液后测定了分散剂三聚 、六偏和复 合 与其ζ电位的关系 ,结果示于图 3。从图 3可以 看
图 7 试样 FM3的渣接触面的 SEM 形貌 F ig. 7 S EM im a ge s o f s la g in te rfa ce o f sp e c im e n FM 3
图 5 含废镁铬砖的试样 FM3渣渗透后的 SEM 形貌和 A 点 的 EDAX分析
73 43. 8 47. 8 60. 8 63. 9 39 21. 5 30. 0 36. 6 39. 5 85 69. 3 72. 2 74. 9 79. 7
体积密度 / ( g·cm - 3 )
110 ℃ 24 h 1000 ℃ 3 h 1500 ℃ 3 h
3. 06 2. 99 2. 98
2. 90 2. 89 2. 92
3张静宇 :男 , 1971年生 ,博士研究生 。
E2mail: phdzjy@163. com 收稿日期 : 2006 - 06 - 01
编辑 :周丽红
446 NAIHUO CAILIAO /耐火材料 2006 /6
出 ,在 pH值 = 9时 ,废镁铬砖细粉悬浮液加入六偏与 复合添加剂时也有很好的效果 ,即二者的 ζ电位值都 接近电熔镁砂细粉悬浮液在 pH 值 = 9时的最大 ζ电 位值 。所 以 , 悬 浮 液 的 碱 度 在 pH 值 = 9 时 , 加 入 0. 15%的六偏为减水剂时 ,废镁铬粒子与电熔镁砂粒 子的 ζ电位最大值相接近 ,能获得较好的减水效果 。
选用宝钢中间包渣对纯镁质浇注料 M4 和添加
2006 /6 耐火材料 /NAIHUO CAILIAO 447
36%废镁铬料的浇注料 FM3 做了抗渣侵蚀对比试 验 。试验采用静态坩埚法 。在坩埚中分别加入 25 g 的中间包渣 (其化学组成 (w ) : T ( Fe) 21. 63% , CaO
图 6 试样 M4的渣接触面的 SEM 形貌 F ig. 6 S EM im a ge s o f s la g in te rfa ce o f sp e c im e n M 4
图 4 静态抗渣试样剖面外观 (1500 ℃ 3 h) F ig. 4 App e a ra nce s o f sp e c im e n s a fte r s ta tic s la g2re s is ta nce
2 废镁铬砖在镁质浇注料中的应用
2. 1 配方的确定和性能指标 表 1为纯镁质和添加废镁铬砖浇注料的试验配
方 。按照表 1配料 、混练 、成型后进行各项物理性能
指标检测 ,结果见表 2。
表 1 试验配方 (w )
Ta b le 1 Fo rm u la tio n o f ca s ta b le
%
图 2 电熔镁砂细粉悬浮液在不同 pH值的 ζ电位与不同分散 剂的关系
F ig. 2 ζ po te n tia l va lue s o f fu se d m a gne s ia su sp e n s io n vs d iffe re n t d isp e rsa n ts w ith d iffe re n t pH va lue s
项 目
M4 FM1 FM2 FM3 FM4
常温抗折强度 / 110 ℃ 24 h 10. 5 6. 0 7. 2 7. 4 8. 4
M Pa
百度文库
1500 ℃ 3 h 18 5. 3 6. 8 12. 2 13. 4
常温耐压强度 / M Pa
110 ℃ 24 h 1000 ℃ 3 h 1500 ℃ 3 h
< 0. 088 < 0. 045
10 10 10 10 10 15 15 15 15 15
3 0. 15
5
3 0. 15 6. 8
3 0. 15 6. 5
3 0. 15
6
3 0. 15 5. 8
表 2 浇注料的物理性能指标
Ta b le 2 P hys ica l p rop e rtie s o f ca s ta b le s
2. 92 2. 91 2. 92
2. 95 2. 93 2. 96
2. 96 2. 93 2. 98
显气孔率 / %
110 ℃ 24 h 1000 ℃ 3 h 1500 ℃ 3 h
14 20 18 17 14 16 22 20 19 17 15 20 19 18 15
线变化率 / % 1500 ℃ 3 h - 0. 2 - 0. 4 - 0. 3 - 0. 3 - 0. 3
由表 2 可知 :随着废镁铬料加入量的降低 ,浇注 料烘干 (110 ℃ 24 h) 、中温 (1100 ℃ 3 h)处理和高温 (1500 ℃ 3 h)烧后的显气孔率降低 ,耐压强度 、抗折 强度 、体 积 密 度 均 逐 渐 增 大 。废 镁 铬 料 加 入 量 为 36% (试样 FM3)和 32% (试样 FM4)时 ,其物理性能 基本接近纯镁质浇注料 M4的各项指标 。 2. 2 废镁铬料对浇注料抗渣性能的影响
研发与应用
NA IHUO CA IL IAO /耐火材料 2006 , 40 (6 ) 446 ~449
废镁铬砖在镁质浇注料中的应用
张静宇 1) 孙加林 1) 薛文东 1) 洪彦若 1) 金从进 2) 邱文冬 2)
1)北京科技大学材料学院无机非金属材料系 北京 100083 2)宝山钢铁股份有限公司钢研所
图 3 废镁铬细粉悬浮液在不同 pH值的 ζ电位与减水剂的关系 F ig. 3ζpo te n tia l va lue o f re u se d m a gne s ia (M gO + C r2O 3 )
b rick su sp e n s io n vs d iffe re n t d isp e rsa n ts w ith d iffe re n t pH va lue s
图 1 电熔镁砂细粉悬浮液的 ζ电位与 pH值的关系 F ig. 1ζpo ten tia l va lue o f fu sed m agne s ia susp ens ion vs pH va lue
[ (NaPO3 ) 6 ] ,复合减水剂为三聚磷酸钠与六偏磷酸钠 质量分数各一半的混合液 ,分别简称为三聚、六偏和复 合。减水剂加入量 (w )均固定为 0. 15%。在中性 (pH 值 = 7)和弱碱性 (pH值 = 9)范围内进行三者对电熔镁 砂粉悬浮液 ζ电位影响的试验 ,结果示于图 2。
摘 要 将宝钢 RH 炉废镁铬砖和电熔镁砂均破碎成 5 ~3 mm、3 ~1 mm、< 1 mm 的粒度 ,添加 3%的粒度 < 1μm的二氧化硅微粉 ,按照浇注料的生产工艺制备了镁铬浇注料 ,研究了废镁铬砖在镁质浇注料中的应用 。
结果表明 :浇注料悬浮液的碱度可控制在 pH值 = 7~9,用 0. 15% (质量分数 ,下同 )的六偏磷酸钠为减水剂时 , 该悬浮液 ζ电位的绝对值最大 ,悬浮液最稳定 ,分散性也最好 。随着废镁铬砖加入量的降低 ,烘干 、中温和高温 处理后的耐压强度 、抗折强度 、体积密度均逐渐增大 。废镁铬料添加量为 36%的试样 FM3的性能指标均达到 了纯镁质浇注料 M4的 ;试样 FM3对渣的抗熔蚀性能要优于试样 M4的 。 关键词 废镁铬砖 ,镁铬浇注料 ,循环利用 ,抗渣性能
60. 75% , CaO 1. 25% , SiO2 1. 51% , Fe2O3 11. 82% , Cr2O3 12. 61% )初步判定符合要求后 ,对废镁铬砖进行 如下处理 :采用人工或机械切割方式除掉渣层和渗透 层 ,然后对留下的原砖进行破碎后筛分成 5~3 mm、3 ~1 mm、< 1 mm的颗粒备用。破碎后废砖料的显气孔 率 24% ,体积密度 3. 13 g·cm - 3 ,吸水率 6%。二氧化 硅微粉的 w ( SiO2 ) > 97% ,粒度 < 1μm。
1. 2 分散剂的选择 1. 2. 1 原理
可以借鉴分散体系的胶体化学和流变学的理论来 进行耐火浇注料的研究。通常利用 ζ电位来控制溶液 的稳定性 ,也就是说可以利用 ζ电位来选择减水剂 ,得 到含水量低的浇注料 。
选择的原则是 ζ电位的绝对值尽量大 ,且浇注料 不同粒子的 ζ电位尽量相近。因为 ,当 ζ电位绝对值 大时 ,表明两粒子间的排斥力大 ,即使粒子间距离较小 也不可能相互吸引在一起 ,在较低的含水量下不发生 凝聚。这就意味着选择合适的减水剂 ,使悬浮液的 ζ 电位绝对值较大 ,这样浇注料可在较低的含水量下进 行操作。基于此 ,对废镁铬砖及拟用的材料进行 ζ电 位研究 ,目的在于选择合适的分散剂。 1. 2. 2 镁铬浇注料 pH值及分散剂的确定
3
1 原料和分散剂的选择
1. 1 原料 试验所用原料为电熔镁砂 、废镁铬砖料和二氧化
硅微粉。其中 ,电熔镁砂化学组成 (w ) : MgO 97. 11%、 CaO 0. 80%、SiO2 1. 07%、Fe2O3 0. 80% ;体积密度 3. 50 g·cm - 3 ;筛分为 5~3 mm、3~1 mm、< 1 mm 的粒度 。 废镁铬砖取自宝钢 RH 炉用后的镁铬废砖。通过对接 近渗透层的砖体进行化学分析 (化学组成 (w ) : MgO
原 料
粒径 /mm M4 FM1 FM2 FM3 FM4
5 ~3
30 - 30 15 30
电熔镁砂
3 ~1
27 -
- 14 10
<1
15 -
-
7
-
废镁铬料
5 ~3 3 ~1
<1
- 30 - 15 - 27 27 13 17 - 15 15 8 15
电熔镁砂细粉
二氧化硅微粉 六偏磷酸钠 (外加 )
水 (外加 )
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