镁钙质耐火浇注料抗水化性能,由耐火材料厂家科瑞整理,我们围绕着MgO-CaO砂为原料配制用水作介质的耐火浇注料的防止水合性太强的f-CaO水化导致材料崩毁的问题进行讨论。
1.MgO/CaO比对MgO-CaO砂抗水化的影响:
通常,MgO-CaO砂的抗水化能力随着MgO/CaO比值的增大而提高,如下图所示。
CaO含量百分比与MgO-CaO砂水化失重率、质量增加率的关系
现在已由试验研究得出,当MgO-CaO砂中CaO含最低于20%,即w(MgO)/w(CaO)>4时,其抗水化能力有明显的提高。这说明能明显地抑制MgO-CaO砂的水化反应的CaO含量不应超过20%。在CaO含量低于20%的条件下.CaO含量由19%下降到9%时,MgO-CaO砂的抗水化能力有缓慢提高的趋势,然后再由9%下降到4.5%时却略有上升的倾向。CaO含量为9%的MgO-CaO砂,抗水化能力最大,如图6-31所示。
上述情况可由MgO-CaO砂的显微结构得到解释。因为在合成MgO-CaO砂中,MgO含量从42%提高到55%时,其显微结构从CaO晶格构成的结合网络占优势地位转变到由MgO品格构成的结合网络占主导地位。进一步提高MgO到70%以上时,细小的CaO晶体完全被MgO晶体所包围,MgO晶体构成的结合网络占统治地位。
肖MgO合量大于80%时,CaO在MgO-CaO砂中的密集度明显下降,以及CaO在MgO中固溶的影响,会导致CaO在MgO-CaO砂中不连续分布(即分散存在),从而提高了MgO-CaO砂的抗水化能力,甚至接近普通镁砂的水平。
但是,当MgO含量大于90%以上时,由于CaO在MgO晶体中的固溶/脱溶作用,CaO则趋向于在方镁石晶体表面(晶间)形成连续相(f-Ca0相),导致水化反应连续发生。同时,f-CaO水化伴有96%的体积膨胀,而使方镁石结晶受到破坏,从而促进了MgO-CaO砂的水化反应。
图6-31示出,破碎的MgO-CaO砂颗粒具有相对较高的水化倾向,而作耐火材料使用的原料往往都需要进行破碎制成颗粒料,所以有必要对MgO-CaO砂颗粒进行防水化处理。
2.添加物对MgO-CaO砂抗水化性的影响:
提高MgO-CaO砂抗水化性技术之一是向制备MgO-CaO砂原料中配入少量的添加物质。
兼安彰等人以w(MgO)/w(CaO)=90/10为基础配料,分别添加ZrO2、TiO2、Al2O3和SiO2,对提高MgO-CaO砂抗水化性的效果,随着添加物质含量的增加,MgO-CaO砂的抗水化性能提高。当添加物质含量为1.5%时,各添加物质的作用基本相同,但通常则通过添加TiO2来提高MgO-CaO砂的抗水化性能。
由x射线粉末衍射的结果得知,添加ZrO2、TiO2、Al2O3和SiO2的MgO-CaO砂中分别生成了CaO·ZrO2、CaO·TiO2·3CaO·Al2O3和2CaO·SiO2相,并存在方镁石晶界中。导致f-CaO以不连续的方式存在(即散布存在),从而提高了MgO-CaO砂的抗水化性能。
3.MgO-CaO砂颗粒表面覆膜:
由于-0.3mm的MgO-CaO砂颗粒水化速度相当快,所以用于MgO-CaO耐火浇注料的MgO-CaO砂颗粒尺寸下限为0.3mm,而临界颗粒尺寸则视具体操作条件来确定。
由于破碎的MgO-CaO砂颗粒抗水化性能明显降低,所以用于MgO-CaO耐火浇注料的MgO-CaO砂颗粒需要预先进行表面处理(表面的覆膜),以提高抗水化性能。通常,应用于MgO-CaO砂颗粒表面的覆膜技术,主要是磷酸和有机硅的覆膜技术等。
当采用磷酸覆膜技术时,是将MgO-CaO秒颗粒混合料在一定浓度的磷酸水溶液中浸渍,然后于300℃烘干。
当采用有机硅覆膜技术时,首先将MgO-CaO砂颗粒混合料在一定浓度的有机硅-乙醇溶液中浸渍,然后于120~150℃的条件下烘干。该工艺的本质是采用SiO2覆膜的,下图为有机硅对MgO-CaO砂颗粒表面覆膜的效果。
有机硅乙醇溶液浓度与MgO-CaO砂水化增重率的关系(在相对湿度95%与温度45℃的条件下)
4.镁钙耐火浇注科的配制:
一般情况下,都选用烧结MgO-CaO砂颗粒混合料和MgO含量高于96%的电熔镁砂作为主原料,用uf-SiO2作结合剂,并添加高效分散剂和减水剂配制MgO-CaO耐火浇注料。表1列出了两类典型的MgO-CaO耐火浇注料的配比,而表2列出了它们的性能。
两类典型的MgO-CaO耐火浇注料的配比(质量分数,%) 表1
牌号 | DMS-97 | SMCS-20 | ||
4~1mm | 1~0mm | -0.088mm | 4~0.3mm | |
MCNCC-8 | 15 | 15 | 35 | 35 |
MCNCC-12 | 10 | 10 | 35 | 45 |
两类典型的MgO-CaO耐火浇注料的性能 表2
指标/牌号 | MCNCC-8 | MCNCC-12 | |
化学成分(质量分数)/% | MgO | 88.4 | 84.3 |
CAO | 6.5 | 10.6 | |
体积密度/g·cm-3 | 1550℃×3h | 2.95 | 2.90 |
显气孔率/% | 1550℃×3h | 15.6 | 16.5 |
常温耐压强度/MPa | 110℃×24h | 26.1 | 23.4 |
1100℃×3h | 15.2 | 12.5 | |
1550℃×3h | 53.4 | 40.2 | |
烧后线变化率/% | 1550℃×3h | +0.1 | +0.2 |
其中,MgO-CaO砂颗粒具备如下质量要求:
(1)添加了TiO2作为MgO-CaO砂的烧结促进剂;
(2)颗粒体积密度大于3.3g/cm3,且显气孔率小于3-0%;
(3)破碎颗粒有机硅-乙醇溶液浸渍进行覆膜。
由表2可见,采用以上工艺制造的MgO-CaO耐火浇注料,具有相当高的质量指标,有可能作为钢包渣线上应用的耐火材料。科瑞还生产有其他用于冶炼行业镁质耐火浇注料,如:镁质耐火浇注料、镁质干式振动料、铝镁耐火捣打料、镁铝尖晶石耐火浇注料、镁质耐火泥等等。