不同骨料对不含碳的钢包不烧砖-氧化铝质不烧砖的影响
发布日期： 2020-06-03 15:02:30 阅读量（330） 作者：王义龙现阶段钢包用耐火材料主要是铝镁质耐火浇注料、刚玉质耐火浇注料和镁碳砖。随着钢包容量的不断加大和炉外精炼的快速发展，铝镁质耐火浇注料的使用寿命已不能满足炼钢的要求。传统的Al2O3-MgO-C钢包衬砖在炼钢用耐火材料领域一直是性价比较高的材料，具有优良的抗渣性和良好的热震稳定性，但其中的碳在冶炼过程中能渗入钢液，对冶炼纯净钢、低碳钢和超低碳钢等品种钢极为不利，所以急需一种无碳高寿命的新型耐火材料，以满足钢包的需要。而低碳、无碳不烧砖可以有效减少钢水的增碳量，降低钢包包壳温度，降低钢水过热度，再加上石墨价格的暴涨，超低碳或无碳不烧砖越来越得到重视。因骨料是决定不烧砖性能的主要因素，因此不同的骨料配合会生产出性能不同的钢包无碳不烧砖。为此，本文研究了骨料对不含碳的钢包不烧砖-氧化铝质不烧砖的影响。
1.1原料和配方
实验采用的主要原料为板状刚玉、棕刚玉、88高铝矾土等。在以板状刚玉200目、氧化铝为基质，以板状刚玉、棕刚玉、88高铝矾土为骨料基本组成的基础上，保持铝镁结合剂和水配比不变，改变各骨料的配比及配方，确定六组较合理配方，测试并比较各组试样性能，明确骨料对不烧砖性能的影响。具体试验配方如表1所示。
表1试验原料组成和试验配方
以板状刚玉200目、郑州氧化铝等原料为基质，以铝镁结合剂和水为结合剂，按照设计的配方进行配料。基质和铝镁结合剂经过充分预混后备用。混练时先把骨料加入混练机，然后加入2wt%的水，混练3～5min，以使水充分包围在颗粒周围。然后加入预混好的细粉，再混练20～30min，出料后进行密封困料3h。之后将困料在双轮摩擦压砖机上压制成型，成型压力为630t。将样品砖试样在110℃条件下烘干24h后，用切砖机将样品砖切成所需尺寸150mm×100mm×140mm，得到多块样品砖，分别测定其在110℃×24h、1000℃×3h、1550℃×3h条件下的气孔率、体积密度、抗折强度、耐压强度、抗渣性能以及1450℃×0.5h的高温抗折强度。
2.1 110℃×24h条件下试样物理性能分析
图1为六组试样在110℃×24h条件下的理化性能曲线。如图1所示，六组试样的常温耐压强度大致呈先升高后下降的趋势。试样的耐压强度的高低主要取决于材料自身的材质类别，但制备工艺水平对耐压强度值也有很大影响。从第1组到第6组骨料的品次依次降低，由实验结果发现第一组试样常温耐压强度反常，经分析原因在于第1组骨料全部采用板状刚玉，各级配颗粒无法良好结合。其它五组试样常温耐压强度较好，符合强度随骨料品次降低而下降的规律。
图1110℃×24h条件下六组试样理化性能 图21000℃×3h条件下六组试样理化性能
在110℃×24h条件下，各组试样的显气孔率整体呈上升的趋势，数值基本维持在10%左右，其中第二组最低，为8.71%;各组的体积密度差别不大，整体呈下降趋势，各组数值在3.0～3.3g/cm3之间，各组的体积密度较为合适，符合耐火材料不烧砖性能标准。说明本研究所选的骨料配比较合适。
2.2 1000℃×3h条件下试样理化性能分析
图2为六组试样在1000℃×3h条件下的理化性能曲线。与110℃×24h条件下实验相比，此条件下增加了对试样重烧线变化率的研究。重烧线变化率是评定耐火制品质量的一项重要指标。制品重烧线变化产生的原因，主要是耐火制品在烧成过程中，易受到温度不匀或时间不足等因素的影响，使其烧成不充分;或是制品的原料配比不合适，烧成后制品中液相量过高，这种制品在长期使用过程中，当受高温作用时，一些物理化学变化仍然会继续进行，从而使制品的体积发生膨胀或收缩。这种变化对热工窑炉的砌体有极大的破坏作用，因此必须严格控制制品的重烧线变化率，使该项指标控制在标准之内甚至达到更小值。本实验研究的六组试样，重烧线变化率相对较小，最大的才达到-0.76%，符合耐火材料标准，结果较为理想。
和上述原因一样，第1组试样，由于骨料颗粒粒度差别大，故颗粒之间结合程度不够紧密，导致了试样的常温耐压强度、显气孔率、体积密度以及重烧线变化率等性能都反常。其余五组实验数据耐压强度和体积密度均呈下降趋势，显气孔率呈上升趋势，符合制品性能与原料品次的关系规律。
2.3 1550℃×3h条件下试样理化性能分析
图3为六组试样在1550℃×3h条件下的理化性能折线图。第1组试样由于骨料颗粒的结合不理想，数据仍反常。图3和图2相比，会发现试样在1550℃×3h条件下的耐压强度与在1000℃×3h条件下有很大差别。分析认为各组试样在1000℃下可能发生了反应，使试样中液相量增多，造成试样体积密度降低，显气孔率升高，从而降低了试样的耐压强度。而在1550℃下，各级配骨料颗粒发生熔融或者反应，使骨料结合更加紧密，试样体积密度增大，显气孔率降低，从而提高了试样的耐压强度。由于在1550℃下原料反应的程度更加完全，整体来看试样的重烧线变化率比在1000℃条件下增大了许多。
2.4 1450℃×0.5h条件下试样高温热抗折强度分析
图4为六组试样在1450℃×0.5h条件下的高温热抗折强度曲线图。由图4可知：试样的高温抗折强度随骨料品质降低大体呈下降趋势。板状刚玉与棕刚玉中Al2O3含量较高，在高温下就会提高液相出现的温度，减少玻璃相的含量，即会提高试样的烧结温度，从而改善高温性能。总之，颗粒配比是否合理、气孔的大小和数量、组织结构是否均匀一致、颗粒间结合是否牢固等是决定耐火材料抗折强度大小的重要因素。要提高耐火材料制品的抗折强度，主要工艺手段是改进砖料的颗料级配、加大成型压力和使用优质结合剂等，从而提高制品的密度，提高制品的烧结程度。
2.4 试样抗渣实验结果分析
抗渣性指耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀和冲刷的能力。熔渣通过扩散进入耐火材料内部，与基质(液相)相互作用，是熔渣侵蚀耐火材料的主要途径。熔渣进入耐火材料与液相接触，熔渣与高温液相进行相互扩散与反应，构成了对耐火材料的侵蚀。
图31550℃×3h条件下六组试样理化性能 图41450℃×0.5h条件下六组试样高温热抗折强度
图5为抗渣试验后六组样品砖的截面形貌。由图5可知，第2组和第5组试样抗钢渣渗透性能较好;第1组，第6组抗钢渣渗透性能较差。分析认为板状刚玉中，氧化铝含量较高，二氧化硅含量较低，在同等温度烧结过程中，不能形成足够的莫来石晶体。而88高铝矾土可以提供足够量的二氧化硅，形成耐高温的莫来石。因而第2组，第5组试样抗钢渣渗透性能较好。而第6组的高铝矾土加入量增大后，由于骨料品质较板状刚玉、棕刚玉差，故抗钢渣渗透性减弱。
图5六组试样抗渣实验
(1)骨料为棕刚玉3～5mm、1～3mm、0～1mm或骨料为88高铝矾土3～5mm和棕刚玉1～3mm、0～1mm时试样体积密度较大，气孔率较小，不烧砖制品结构致密;
(2)骨料为88高铝矾土3～5mm、棕刚玉1～3mm、板状刚玉0～1mm时，试样的重烧线变化率最小，不烧砖制品在高温时体积变化率小，稳定性强;
(3)骨料为棕刚玉3～5mm、1～3mm、0～1mm时试样高温耐压强度最高;
(4)骨料为88高铝矾土3～5mm、棕刚玉1～3mm、0～1mm时试样的常温及中温耐压强度最高，不烧砖制品抗渣性能最好。
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