预合成和原位尖晶石对水泥结合高铝耐火浇注料物理性能的影响

文 献标 识 码 ：Ｂ
文章 编 号 ：１７ —７２（０２ １０２—５ ６３７９ ２ １）０—０６ ０
１ 前 言
铝 镁 浇 注 料 越 来 越 多地 用 于钢 包 渣 线 以下 的 内 衬 材 料 ，这 主 要 是 与 氧 化 铝 一 晶石 浇 注 料 相 尖 比 ．它 具 有 较 好 的化 学 性 能 和 热 机 械 性 能 。李 等
多 ，整体 膨 胀 就 越 来 越 大 。 图 １ ｂ 所 描 绘 出 的尖 （）
晶 石 峰 值 的 增 高 显 示 出 了 这 种 增 长 。 再 者 。在
Ｍｇ Ｏ含 量 最 高 （ ％） 浇 注料 中 ，随 着 Ｍｇ 和 由 ６ 的 Ｏ 此影 响 的 原位 尖 晶 石 的 量 减 少 ，焦 点 逐 步 转 到 烧
助 烧 成 实 验 、微 结 构 分析 、 热 态 模 拟 、机 械 和 热 机 械 性 估 算 对 同 时含 有 预 合 成 和 原 位 尖 晶 石 的 水 泥 结 合 高 铝 浇 注 料 进 行 了 研 究 和 评 估 。 根 据 基 质 中 原 位 尖 晶 石 产 生 的 量 ，Ｃ Ａ 形成 示 出 了 不 同 的 性 能 ， 从 而 影 响 到 浇 注 料 的
此 ，不 含 或 只 含 微 量 的 原 位 尖 晶石 （ ０和 ２ ％
试 样 进 行 了微 观结 构 分 析 。同时 用 Ｘ一 射线 衍 射 等 量 分 析 仪 对 在 １１ ０Ｃ、 １３ ０Ｃ Ｉ５ ０Ｉ 烧 ５ ５ｏ ０ ￣ 和 ０ ｃ煅 ＝ ｈ
的试 样 进 行 了 晶 相 含 量 的 测 定 。做 这 些 分 析 的 目
用 ６ 的死烧 镁砂 ％
（ ５ Ｍ Ｏ， Ｃ Ｏ ＳＯ ＝ ９％ ｇ ａ ／ｉ
０３ ，ｄ ５ ￣ ．６ ≤４ ｐ ｍ）制备 Ａ ｚ３Ｍｇ ｌ 一 Ｏ浇 注料 ，在热 处 Ｏ
理 期 间产 生 了 ２％的化 学 计 量 的原 位 尖 晶石 。 １ Ｍｇ 与 ７ Ｏ ％的煅 烧 氧化 铝 （ Ｌ ７ ）和板 状 氧 化 铝 Ｃ ３０ （ ＜ ，ｍ ｄ ０２ ｍ） 的超 细颗 粒 进行 反应 。另 一 方 面 ，按
３个 颗 粒 粒 度 级 （ ｄ≤０５ ．ｍｍ； ｄ≤４ １ ５ ｍ； ｄ≤ ｘ
针 状 Ｃ 粒 可 以 使 浇 注 料 的 抗 热 震性 提 高 ，这 Ａ颗
第
糍 期
耐火 与石灰
相 反 应有 关 。
．７ ２．
２１ ０ ｍ）加 入 ２ ％预 合 成 尖 晶石 （ Ｒ ８ ８ ￣ １ Ａ ７ ，７ ％的氧 化 铝 ）制 备 氧 化铝 一 晶 石浇 注 料 。 尖
在 这 些 组 分 中 除 了 Ｍｇ 和 预 合 成 尖 晶 石 量 Ｏ 外 ， 氧化 铝 细粉 量 （ 烧 氧 化 铝 和板 状 氧化 铝 ≤ 煅
３ 结 果 和 讨 论
图 １示 出 了不 同含量 的 Ｍｇ Ｏ和 预 合成 尖 晶石
０２ ｍ）也 是 不 同 的 。这 种 含 量 的 变 化 是 为 了 确 ． ａ ｒ
寸 分 布 率 ｑ ０２ 。所 有 组 分 的 骨 料 为 板 状 Ａ ＝． ６ １ Ｏ
（ ≤６ ｍ） ｄ ｍ ，结合 剂 为 ６ ％的铝 酸钙 水泥 （ ｅａ７ ） Ｓ ｃ ｒ１ 及 １ ％的硅 微 粉 （ ７ Ｕ） ９ １ 。为 了使 尖 晶石 的 总 量 达 到 ２ ％，估 算 出 了 ４种 高 铝 组 分 。 为 了 形 成 原 位 １ 尖 晶 石 ，限 制 氧 化 镁 反 应 物 的量 在 ０ ６ ～ ％之 间 变
用 试 样在 １１ ０Ｃ、 １３ ０Ｉ ｌ５ ０ ５￣ ０ ｏ 和 ０ ％下 预 烧 ５ ＝ ｈ后
基 于 这 些 组 分 。用 含 有 预 合 成 和 原 位 尖 晶 石 并 通 过 改 变 Ｍｇ ／ 合 成 尖 晶 石 比 （ ％ 的 Ｍｇ ／ Ｏ预 ２ Ｏ
１％ 的 Ａ ７ ４ Ｒ ８尖 晶 石 或 ４ ｇ ／％Ａ ７ ％Ｍ Ｏ ７ Ｒ ８尖 晶 石 ） 的 变 化 来 制 备 了两 种 中 间浇 注 料 。浇 注 料 的组 分
和 Ｃ Ｃ含量 进 行 了优 化 。在 这样 的组 分 中 ．原位 Ａ 尖 晶石 晶相 可 以增 加 抗 热 震 性 和 抗 熔 渣 侵 蚀 ，预 合成 颗粒 将 会确 保恰 当的体 积 稳定 性 。
晶 石 的形 成 会 使 残 余 膨 胀 过 度 ，而 产 生 的裂 纹 会 使材 料 结构 完 全受 到 破坏 。 由于 尖 晶 石 形 成 所 造 成 的过 度 残 余 膨 胀 ，从 而 使 微 裂 纹 聚 集 ，使 铝镁 浇 注 料 的 一些 重 要 性 能
种 反 应 则 类 似 于原 位 尖 晶 石 的形 成 ，紧 接 着 是 残 余 膨 胀 （ Ｖ约 为 ３０ ％） 由于这 些 因素 ，使 水 Ａ ．１ 。 泥 结 合 的 尖 晶 石 浇 注料 达 到 理想 性 能 和 控 制 整 体
膨 胀不 是 一个 简单 的工作 。 在 本 文 中 ，为 了达 到含 Ｃ 以及 含 有 预 合 成 Ａ 和原 位 尖 晶石 的水 泥 结 合 浇 注 料 具 有 低 的残 余 膨
受 到 影 响 ，因 此 添 加 预 合 成 尖 晶 石 将 是 一 种 控 制
２ 实验 步 骤
２１ 材 料 ．
膨 胀 的 好 途 径 。 然 而 ，如 果 使 用 预 合 成 尖 晶 石 ， 在 钢 包 环 境 中耐 火 内衬 受 到 剧 烈 的 热循 环 和 持 续 的化 学 侵 蚀 ，很 容 易 使 浇 注 料 工 作 寿命 降 低 。除
此 以外 ．当使 用 预 制 产 品 时 ，在 内衬 的接 缝 处 要 有 一 个 能 抑 制 渣 和 钢 水 侵 蚀 的理 想 膨 胀 。考 虑 这
本 文 为 评 估 同时 添 加 预 合 成 和 原 位 尖 晶石 的 水 泥 结合 耐 火 浇 注 料 设 计 出 ４种 组 分 。设 计 出 的 振 动 浇 注 料 是 基 于 Ａ ｆ ｄ填 料模 型 ，并 且 颗 粒 尺 ｌｅ ｒ
成 收 缩 上 ，而烧 成 收 缩 被 尖 晶 石 的 膨 胀 完 全 掩 盖
起来 。
成 内 部 有 直 径 为 １ ．ｒ 孔 的 圆 柱 体 （ ５ ｍ ２４ ｍ ａ Ｄ＝ ０ ｍ，
Ｈ＝ ０ ｍ） 当试 样 烧 到 １５ ０ （ 率 ３ ・ ｉ ） ５ｍ 。 ０ ％ 速 ℃ ｍｎ 时 ，接 着 在 ００ ＭＰ ． ２ ａ的压 力 下保 压 ５ ，测 出线 性 ｈ 尺寸变化。 ’ 用 扫 描 电子 显 微 镜 对 在 １５ ０ ０ ℃煅 烧 ５ ｈ后 的
列 于表 １中。
表 １ 不 同 含 量 Ｍｇ 和 预 合 成 尖 晶 石 的 浇 注 料 组 分 Ｏ
冷 却 至室 温 ，为试 验再 进行 重烧 。
用 抗 热 震 试 验 足 以分 析 出原 位 尖 晶石 量 以 及
Ｃ 能 对 浇 注 料 的 热 机 械 性 能 的影 响 。 此 实 验 Ａ 性
化。
些 因 素 ，浇 注 料 中 只含 预 合 成 尖 晶石 不 能 满 足 所
有 的需 求 。 再 者 ，氧 化 铝 一 化 镁 和 氧 化 铝 一 晶石 浇 注 氧 尖
料通常都与铝酸钙水 泥 （Ａ Ｃ Ｃ）结 合 ，这 是 因为
它 们 具 有 较 快 的养 护 时 间 和 高 的 生 坯 机 械 强 度 。
把 Ｃ Ｃ加 入 到 尖 晶石 组 分 中 ，约 在 ｌ４ ０ 时形 Ａ ０ ℃ 成 六 铝 酸 钙 Ｃ Ｏ・Ａ ，（ Ａ ） ａ ６１ Ｏ Ｃ 。这 种 晶相 最 大 的 优 点 在 于 它 的 针 状 形 态 的 生 长 ， 当它 通 过 液 相 扩 散 机制 形 成 时 ，这些 形 态 就产 生 了 。然 而 ，尽 管
保 在 形 成 原 位 尖 晶 石 之 后 ，４种 浇 注 料 用 来 形 成 Ｃ （０ Ａ １ ％） 的氧化 铝 细 粉量 相 同
２２ 浇 注料 的 制备 和 性 能 ．
．
的浇 注料 烧 成 后 的膨 胀 率 。 当 温 度 升 高 时 。在 浇 注料 的 线 变化 过 程 中产 生 了 ３种 不 同 的机 理 ：１ ） 烧 成 收 缩 ；２ ）原 位 尖 晶 石 的形 成 ；３ Ｃ 的产 ） Ａ 生 。图 １ ａ 中 ，在 １１０ １３ ０（ （） ０ ～ ０ ￣ 温度 范 围 内 ，当 ２
试 样 在 潮 湿 的 环境 中 ５ ℃下养 护 ２ ｈ ０ ４ ．在 ｌ０ １ ℃下 干燥 ２ｈ ４ ，在 ６ ０ ０ ℃下 预烧 ５ （ 率 ｌ ｍｉ 。 ｈ 速 ℃・ ｎ ） 为 了分 析 浇注 料 的膨胀 性 能 ，所 有 的试样 都 要 在 荷 重设 备 中煅烧 ，根 据 ５ ５ ３ Ｉ １０ Ｄ Ｎ标 准将试 样 制
Ｍｇ Ｏ量 增 大 时 ，会 导 致 形 成 的原 位 尖 晶石 越 来 越
这 些 浇 注 料 在 自制 的 流 速 仪 中搅 拌 ５ ｎ ｍｉ ，紧
接 着 Ｐｌｇｉ 人 应 用 了两 步 加 水 程 序 。为 了恰 当 ｉ ｇ等 ｅ 的浇 注 ，所 需 加水 量 在 ４０ ４２ ．％一 ．％之 间 。混合 后 。
对 １０ ５ ｍｍ￣ ５ ２ ｍｍｘ ５ 的 试 样 进 行 三点 弯 曲 ２ ｍｍ 试 验 ，并 测 出 常 温 和 高 温 抗 折 强 度 （ ＭＯ 和 Ｃ Ｒ Ｈ Ｒ） Ｃ Ｒ 实验 是 在 室 温下 进 行 ，所 用试 样 Ｍ０ 。 ＭＯ
在 ｌ １ ０Ｃ、 １３ ０Ｃ １５ ０Ｃ下 预 烧 ５ 。ＨＭＯ ５￣ ０ ￣和 ０ ｏ ｈ Ｒ 的测 量 是在 １ １０ 、１２ ０和 １４ ０Ｃ 进 行 。所 ５％ ５ ５ ￣下
性 能 。 另 外 ， 同 时含 有 原 位 和 预 合 成 尖 晶 石 的 组 分 ，可 以 得 到所 要 求 的 线 性 尺 寸 变 化 ，且 不 受 尖 晶 石 和 Ｃ Ａ 含
量 的影响 。
关键 词 ：微结构；尖晶石；耐火材料；原位；预合成；物理性能