镁橄榄石加入量对镁质浇注料性能的影响

1 试验
1． 1 原料 主要原料有：粒度 8 ～ 5、5 ～ 3、3 ～ 1 和≤1 mm 的
烧结镁砂颗粒和镁橄榄石颗粒，粒度≤0． 074 mm 的 高纯镁砂细粉，SiO2 微粉，减水剂磷酸盐。主要原料 的化学组成见表 1。
表 1 主要原料的化学组成 Table 1 Chemical compositions of main starting materials
25
25
≤0． 074 mm 21
21
21
21
8 ～ 5 mm
0
镁橄榄石
3 ～ 1 mm
0
16
32
32
0
0
16
SiO2 微粉 添加剂
减水剂（ 外加）
4 2 0． 15
4 2 0． 15
4 2 0． 15
4 2 0． 15
1． 3 性能检测 按 YB / T 5200—1993 检测试样的显气孔率和体积
9． 7 18． 4 17． 0
常温耐压 强度 / MPa
110 ℃ 24 h 1 000 ℃ 3 h 1 500 ℃ 3 h
104 28． 8 68． 9
122 45． 7 72． 5
110 48． 9 75． 6
108 53． 9 74． 4
常温抗折 强度 / MPa
110 ℃ 24 h ＞ 12． 5 1 000 ℃ 3 h 5． 0 1 500 ℃ 3 h 6． 1
testing
http： / / w w w ． nhcl． com ． cn 2014 /4 耐火材料 / ＲEFＲACTOＲIES 283
耐火材料 / NAIHUO CAILIAO
2014 年第 48 卷
图 2 试样 M3 高温抗折后显微结构照片 Fig． 2 SEM fractophotographs of specimen M3 after HMOＲ
摘 要：为降低镁质浇注料的原料成本，用镁橄榄石骨料部分替换镁质浇注料中等粒度的镁砂骨料，研究了镁 橄榄石加入量（ 加入质量分数分别为 0、16% 、32% ） 对不同温度（110、1 000 和 1 500 ℃ ） 处理后浇注料性能的影 响。结果表明：随着镁橄榄石加入量的增大，浇注料烘干后体积密度减小，显气孔率变小，强度增大；1 000 和 1 500 ℃ 热处理后，浇注料体积密度减小，显气孔率增大，强度增大，抗渣侵蚀性降低，抗渣渗透性以镁橄榄石加 入量为 16% （ w） 时最好。 关键词：镁橄榄石；镁质浇注料；抗渣渗透性
＞ 12． 5 5． 5 6． 7
＞ 12． 5 5． 6 7． 4
＞ 12． 5 6． 0 8． 0
线变化率 /%
110 ℃ 24 h － 0． 01 1 000 ℃ 3 h 0． 28 1 500 ℃ 3 h － 0． 47
－ 0． 01 0． 20 － 0． 31
－ 0． 01 0． 13 － 0． 17
图 3 抗渣试验后试样剖面照片 Fig． 3 Section photographs of specimens after slag corrosion
为 16% （ w） 时最好。
图 4 镁橄榄石加入量对抗渣性能的影响 Fig． 4 Effect of forsterite addition on slag resistance
第4 期
魏军从，等：镁橄榄石加入量对镁质浇注料性能的影响
2014 年 8 月
YB / T 5201—1993 检测烘干及热处理后条状试样的常 温耐压强度和常温抗折强度，按 GB / T 3002—1982 检 测 110 ℃ 干燥 24 h 后试样的高温（1 450 ℃ 0． 5 h）抗折 强度。
（2） 随着镁橄榄石加入量的增大，1 000、1 500 ℃ 热处理后试样的体积密度减小，显气孔率增大，常温 耐压强度和常温抗折强度增大。这是由于在 1 000 和 1 500 ℃ 保温 3 h 热处理过程中，镁橄榄石中的蛇
纹石排出结晶水，使试样的显气孔率增大，体积密度 减小。1 000 ℃ 热处理后试样均表现为膨胀，膨胀率 逐渐减小；1 500 ℃ 热处理后试样均表现为收缩，收缩 率逐渐减小。这可能是由于镁砂的膨胀系数大于镁 橄榄石的，1 000 ℃ 热处理后随着镁橄榄石量增加，线 膨胀率减小；另外，镁橄榄石中蛇纹石分解后产生的 MS 和 MgO 在 1 450 ℃ 能生成 M2 S，体积膨胀，抵消了 部分收缩，使得 1 500 ℃ 热处理后收缩率减小。 2． 2 显微结构
3． 00 2． 95 3． 05
2． 96 2． 89 2． 95
2． 89 2． 80 2． 84
2． 87 2． 78 2． 83
显气孔率 /%
110 ℃ 24 h 1 000 ℃ 3 h 1 500 ℃ 3 h
10． 6 14． 6 11． 8
9． 9 15． 3 13． 8
9． 7 17． 7 16． 6
烘干 24 h。部 分 干 燥 后 条 状 试 样 分 别 在 1 000 和
1 500 ℃ 保温 3 h 热处理。
表 2 试样配比
Table 2 Formulations of specimens
原料
M0
M1
M2
M3
8 ～ 5 mm
32
16
0
0
3 ～ 1 mm
16
16
16
0
烧结镁砂
≤1 mm
25
25
3 结论
随着镁橄榄石加入量的增大，浇注料烘干后体积 密度减小，显气孔率变小，强度增大；1 000 和 1 500 ℃ 热处理后，浇注料体密减小，显气孔率增大，强度增 大，抗渣侵蚀性降低，抗渣渗透性以镁橄榄石加入量
参考文献
［1］ 李志刚，叶方保，钟香崇． 锆英石和氧化铝加人量对镁质浇注料 性能的影响［J］． 耐火材料，2001，35（6） ：320 － 322．
中图分类号：TQ175． 71
文献标识码：A
DOI：10． 3969 / j． issn． 1001 － 1935． 2014． 04． 012
文章编号：1001 － 1935（2014）04 － 0282 － 003
镁质浇注料不污染钢水，抗碱性炉渣侵蚀，在钢 铁冶金工业中有着广阔的应用前景。但镁质浇注料 强度低，热膨胀系数大，抗热震性和抗渣渗透性差，这 限制 其 应 用。 研 究 表 明，通 过 引 入 Al2 O3 、Cr2 O3 、 ZrO2 、TiO2 、氮化硅铁等，可改善镁质浇注料的抗热震 性和抗渣渗透性等性能［1 － 5］。镁橄榄石是一种贮量 大，成本低的耐火原料［6 － 7］。在镁质浇注料中加入镁 橄榄石，既能降低浇注料的原料成本，又有望改善浇 注料的抗渣渗透等性能。为此，研究了镁橄榄石加入 量对镁质浇注料性能的影响。 0*
2 结果与分析
2． 1 常规性能
烘干及不同温度热处理后试样的常规性能见
表 3。由表 3 可以看出：
表 3 试样性能 Table 3 Properties of specimens
项目
M0
M1
M2
M3
体积密度 / （ g·cm － 3 ）
110 ℃ 24 h 1 000 ℃ 3 h 1 500 ℃ 3 h
在烘干后坩埚中加入 40 g 中间包渣（ 渣中 CaO、 MgO、Fe2 O3 、Al2 O3 、SiO2 、CaF 和灼减的质量分数分别 为 24． 18% 、25． 02% 、7． 41% 、19． 02% 、20． 18% 、 3． 64% 和 0． 55% ） ，在 1 550 ℃ 热处理 3 h，沿坩埚孔 轴线切开，观察坩埚被侵蚀和渗透的情况，测量其侵 蚀面积和 渗 透 面 积，并 计 算 其 侵 蚀 指 数 和 渗 透 指 数 （ 试样 M1、M2、M3 的侵蚀面积或渗透面积占试样 M0 侵蚀面积或渗透面积的百分比） 。
1． 2 试样制备
按表 2 所示的配比配料，干混均匀后，加入占干
料质量 4% 的自来水搅拌均匀，然后振动浇注成尺寸
为 40 mm × 40 mm × 160 mm 的条状试样以及外部尺
寸为 70 mm × 70 mm × 70 mm、内孔尺寸为 30 mm ×
35 mm 的坩埚试样。自然养护 24 h 后脱模，在 110 ℃
高温抗折试验后试样 M0 和 M3 断面的 SEM 照片 分别见图 1和图 2。由图 1（a）可以看出，试样发生的是 沿晶断裂，颗粒间结合不够致密；由图 1（b） 可以看出， 试样颗粒之间结合程度都不高，有明显的裂隙存在。
图 1 高温抗折试验后试样 M0 断面的 SEM 照片 Fig． 1 SEM fractophotographs of specimen M0 after HMOＲ
原料
w/%
MgO
CaO
SiO2 Fe2 O3 Al2 O3 灼减
烧结镁砂 96． 06 1． 02 1． 54 0． 70 0． 65 0． 03
镁橄榄石 46． 07 0． 80 42． 15 8． 40 0． 30 3． 20
SiO2 微粉 1． 52 0． 14 94． 54 0． 12 0． 50 3． 16
testing
由图 2（ a） 可以看出，试样以穿晶断裂为主，颗粒
间结合紧密；由图 2（ b） 可以看出，镁橄榄石之间直接
结合程度大。
比较图 1 和图 2 可知，试样 M3 Fra Baidu bibliotek镁橄榄石的晶
粒尺寸明显大于 M0 的。这主要是由于镁橄榄石中 含有较多的氧化铁，起到了促进烧结的作用。 2． 3 抗渣性能
抗渣试验 后 坩 埚 剖 面 照 片 见 图 3，试 样 的 侵 蚀 指数和渗透指数见图 4。可以看出：随着镁橄榄石 加 入 量 的 增 加 ，浇 注 料 的 抗 渣 渗 透 性 呈 先 变 好 后 变 差的变化趋势，以镁橄榄石加入量为 16% （ w） 时为 最好；抗渣侵蚀性则逐渐变差。随着镁橄榄石加入 量的增多，试样中 SiO2 的 量 增 大，SiO2 容 易 与 渣 反 应，因此试样的抗渣侵蚀性变差。SiO2 与渣反应后 提高了渣的黏度，使试样的抗渣渗透性能变好；但试 样的显气孔率也随着镁橄榄石加入量的增多而增 大，当镁橄 榄 石 加 入 量 超 过 16% （ w） 后，显 气 孔 率 增大对抗渣渗透性的负面影响超过了渣黏度升高对 抗 渣 渗 透 性 的 正 面 影 响 ，最 终 导 致 试 样 的 抗 渣 渗 透 性逐渐变差。
［2］ 毕振勇，周宁生，钟香崇． 氧化镁 － 尖晶石浇注料的组成与性能 的关系［J］． 耐火材料，1999，33（1） ：12 － 15．
［3］ 张三华，毕振勇，周宁生，等． 钢包渣线用 MgO－尖晶石－Cr2 O3 浇 注料的研制与应用［J］． 耐火材料，1999，33（3） ：150 － 153．
密度，按 YB / T 5203—1993 检测试样的线变化率，按
* 魏军从：女，1970 年生，硕士，副教授。 E-mail：tttwjc@ 126． com 收稿日期：2014－03－19
编辑：黄卫国
282 NAIHUO CAILIAO / 耐火材料 2014 /4 http： / / w w w ． nhcl． com ． cn
－ 0． 01 0． 11 － 0． 12
高温抗折强度 /MPa 110 ℃ 24 h 0． 78 1． 26 1． 94 2． 76
（1） 随着镁橄榄石加入量的增大，烘干后试样的 体积密度和显气孔率减小；常温耐压强度以试样 M1 的为最大，M2、M3 的依次减小，但仍然略大于 M0 的。 这是由于镁橄榄石的密度（ 约 2． 3 g·cm － 3 ） 远小于 镁砂的（ 约 3． 4 g·cm － 3 ） ，以镁橄榄石替换镁砂会减 小试样的体积密度；镁橄榄石颗粒多呈粒状，能改善 浇注料的流动性，使其显气孔率减小，强度增大。
282 ～ 284，287
2014 年 8 月 第 48 卷 第 4 期
镁橄榄石加入量对镁质浇注料性能的影响
魏军从1） 张连进2） 姜 乐2） 宋利宽2） 王义龙2） 涂军波1）
1） 河北联合大学 材料科学与工程学院 河北省无机非金属材料重点实验室 河北唐山 063009 2） 唐山市国亮特殊耐火材料有限公司 河北唐山 063009
［4］ 李友胜，李楠，王英东． MgO－ Al2 O3 － TiO2 浇注料的组成、结构和 性能［J］． 耐火材料，2002，36（2） ：86 － 87．
［5］ 涂军波，魏军从，崔博． 氮化硅铁加入量对镁质浇注料力学性能 的影响［J］． 硅酸盐通报，2009，28（6） ：1149 － 1153．