镁质弥散型透气材料用镁砂原料的选择
发布日期： 2020-02-17 08:23:55 阅读量（521） 作者：张红在连铸过程中，通过中间包上水口向钢水中吹入惰性气体是现代冶金技术中重要的工艺手段。吹氩上水口会通过透气层的细微气孔在内壁表面形成氩气气泡膜，氩气泡会捕捉、粘附夹杂物，附带夹杂物的气泡进入结晶器后上浮，被保护渣吸附。目前，国内外中间包上水口通常使用的耐火材料是铝碳质、莫来石-刚玉质、铬刚玉质等，但在使用过程中易产生Al2O3的非金属夹杂物并对钢液产生增氧，不利于洁净钢的冶炼。镁质耐火材料属于碱性耐火材料，耐火度高，不污染钢水，适合纯净钢和特殊钢的冶炼。但不同镁砂原料之间的杂质含量、热膨胀率、烧结难易程度等性能的差异，对制品的物理性能有着很大的影响。因此，本工作中分别选择电熔镁砂、高纯镁砂、中档镁砂、普通烧结镁砂为原料制备镁质弥散型透气材料，研究不同镁砂原料对镁质弥散型透气材料性能的影响。
1、试验
1.1原料
试验原料有电熔镁砂、高纯镁砂、中档镁砂、普通烧结镁砂的颗粒(1～0.5mm)和细粉(≤0.074mm)，镁铝尖晶石粉(≤0.074mm)，α-Al2O3微粉(≤0.074mm)。结合剂为亚硫酸纸浆废液，其质量浓度为1.35g·cm-3。主要原料的化学组成见表1。
表1原料的化学组成原料w/%
1.2试样制备及性能检测
按照骨料与细粉的质量比为8713的配比来进行配料，其中骨料分别为电熔镁砂、高纯镁砂、中档镁砂和烧结镁砂，分别标记为试样A、试样B、试样C和试样D。骨料相对应的细粉中镁砂细粉占5%(w)，镁铝尖晶石和α-Al2O3微粉分别占5%和3%(w)，外加4%(w)的亚硫酸纸浆废液。配料后，先将骨料放入小型湿碾机中混3min，然后加入亚硫酸纸浆废液混合5min，再加入粉料继续混练10～15min。混好的料在200t液压机下以75MPa的压力压制成130mm×40mm×40mm和50mm×50mm的试样，在110℃下烘24h后，在1650℃下保温3h烧成。随炉自然冷却后，检测试样的透气度(GB/T3000—1999)、高温抗折强度(GB/T3002—2004)、体积密度和显气孔率(GB/T2997—2000)、常温抗折强度(GB/T3000—2000)、常温耐压强度(GB/T5072.1—1998)、热膨胀系数(GB/T7320—2008)，利用德国Zeiss场发射扫描电镜观察烧后试样的显微结构。
2、结果与讨论
2.1采用不同镁砂原料的试样性能
烧后试样的显气孔率和体积密度见图1。可以看出，试样B(高纯镁砂)的显气孔率最大，试样D(烧结镁砂)的显气孔率最小，而试样A(电熔镁砂)和试样B的体积密度也相对较大。这是由于高纯镁砂的纯度高，活性大，更容易与添加的富铝尖晶石粉和α-Al2O3生成尖晶石，导致体积膨胀产生气孔;电熔镁砂由于结晶度好，不易反应，体积膨胀小，所以气孔率相对高纯镁砂的小;而中档镁砂和烧结镁砂中含有低熔点相杂质，在烧成过程中会堵塞气孔，降低材料的气孔率。又因为电熔镁砂原料本身的结构致密，体积密度大，而试样中镁砂原料高达87%(w)，所以试样A的体积密度也相对较大。
图1采用不同镁砂原料的试样烧后的显气孔率和体积密度
烧后试样的常温强度和高温强度见图2。可以看出，试样C的常温强度最大;试样A的高温抗折强度最大，其次是试样C，试样D的高温抗折强度相对最小。高纯镁砂的活性较其他镁砂大，更容易与镁铝尖晶石粉和α-Al2O3粉反应而促进烧结;中档镁砂中含有少量的杂质，也能够促进细粉间更好的反应，促进试样的烧结。因此，添加高纯镁砂和中档镁砂的试样常温强度高。电熔镁砂的结晶度高，高温下晶粒之间直接结合好，所以高温强度高。而烧结镁砂含有较多的低熔点杂质相，高温下使晶粒之间的结构强度弱化，降低了试样的高温强度。
各试样的加热永久线变化率和透气度见图3。
图2采用不同镁砂原料的试样烧后的强度
图3采用不同镁砂原料的试样的加热永久线变化率和透气度
可以看出，试样A的加热永久线变化率最大，试样D的加热永久线变化率为负值，呈收缩状态;试样B的透气度最大，试样D的透气度最小。主要是因为材料中添加了富铝尖晶石粉和α-Al2O3，能够与材料的镁砂反应生成二次尖晶石和一次尖晶石，造成试样体积膨胀。其中，电熔镁砂本身结构致密，结晶度好，高温烧成后收缩小;高纯镁砂次之。而中档镁砂和烧结镁砂的纯度不高，含有低熔点的杂质，高温烧成后会造成较大的收缩。材料的透气性能直接受气孔率影响，可以看出二者的试验结果是相互对应的。
各试样热震后的强度保持率和热膨胀系数见图4。可以看出，试样A和试样C的抗热震性能最差，试样D的抗热震性能最好。观察4组试样的热膨胀系数可知，在0～100℃的热膨胀系数差别不大;随着温度上升，差别逐渐明显，试样C的最大，试样D的最小。材料的热膨胀系数是制约抗热震性能的主要因素。所以，烧结镁砂试样热震后的强度保持率最好，高纯镁砂试样的次之。
图4采用不同镁砂原料的试样热膨胀系数和热震后的强度保持率
2.2采用不同镁砂原料的试样的显微结构
图5示出了4种试样的显微结构。可以看出:用电熔镁砂的试样A的气孔多为细长状，部分气孔贯通，电熔镁砂颗粒表面几乎无气孔，致密化程度高;用高纯镁砂的试样B的气孔由尺寸较大的气孔和细小气孔组成，多为连贯气孔，镁砂颗粒上有均匀的细小气孔;用中档镁砂的试样C的结构与用高纯镁砂的相似，颗粒之间的结合程度相近，所以两者强度较高。
图5采用不同镁砂原料的试样的显微结构照片(50×)
用烧结镁砂的试样D的电镜照片和K区的能谱见图6。由电镜照片可看出，颗粒之间的白色物质较多。通过K区能谱分析可知，白色物质是由CaO、SiO2和MgO等氧化物组成的低熔点硅酸盐相，这些低熔点相就会导致烧结镁砂试样的高温强度相对较低。
图6试样D的SEM照片(500×)和EDS图谱
3、结论
(1)以电熔镁砂和中档镁砂为原料的试样具有良好的透气性和强度，但其热膨胀系数相对较高，导致试样的抗热震性差。
(2)以普通烧结镁砂为原料的试样的热膨胀系数低，具有较好的抗热震性，但透气度和强度都相对较低。
(3)以高纯镁砂为原料的试样具有较高的常温强度和高温强度，透气性能最好，热膨胀系数较低，有利于提高试样的热抗震性，所以制备镁质中间包透气上水口应选取高纯镁砂为原料。
作者：曹一伟 张国栋 游杰刚
相关阅读
免责声明：
本站部分文章来源于互联网，编辑转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点核对其真实性负责。
如涉及作品内容、版权和其他问题请书面发函至本公司，我们将在第一时间处理。
