下文为耐火材料厂家科瑞整理的,关于盛钢桶(钢包)的桶壁、桶底使用的镁铝质耐火浇注料性能介绍。
1.桶壁用镁铝尖晶石耐火浇注料:
早期,在推广应用耐火浇注料时期,包壁主要使用铝尖晶石耐火浇注料,因为它们的膨胀性和结构稳定性都非常好,故未发现较多的剥落现象。但为了进一步提高使用周期,则使用了镁铝耐火浇注料。在抗渣性方面,后者优于前者。
图1 侵蚀和渗透指数随着MgO含量而变化(CaO/SiO2=3.7渣)
图2 侵蚀和渗透指数随着MgO含量而变化(CaO/SiO2=1.3渣)
图1和图2分别示出了用于桶壁的镁铝耐火浇注料的抗侵蚀性和抗渗透性同配料细粉中MgO含量的关系(试验渣组成:CaO/SiO2=3.7,10%FeO;1650℃,4h)。图1表明,随着MgO细粉含量的增加,材料的耐侵蚀性提高。图2则表明,在MgO含量为5%-10%时,可使熔渣渗透量减至最小。由这两幅图估计:MgO含量为5%~9%时具有较佳的抗渣性能。
镁铝耐火浇注料由于存在原位反应生成尖晶石,所以在1200℃之后产生了较大的热膨胀。MgO含量越高,其热膨胀量就越大。但用于桶壁的铝镁耐火浇注料由于受到金属壳的控制,因而不会发生自由膨胀。
镁铝耐火浇注料存在的另一个问题是永久线变化大。其结果则导致了高气孔率、低强度,甚至断裂和剥落。不过,这可通过调节镁砂粒度和数量以及添加uf-SiO2得到解决。
为了提高桶壁内衬的使用周期,当增加钢包容量而将包壁变薄时,又会导致裂纹产生,在裂纹产生部位可观察到膨胀现象。这表明较薄的桶衬容易导致盛钢桶外壳变形,最终导致裂纹的产生和扩展。在这种情况下,应通过降低膨胀应力以改进镁铝耐火浇注料的抗剥落性能。根据镁铝耐火浇注料细分部分MgO/SiO2比对线变化的影响,正确选择MgO/SiO2比值,即可设计低膨胀镁铝耐火浇注料作为桶壁内衬材料,如下表(表1)所示。正如实际使用结果所表明的那样,这种低膨胀材料经高温处理后,其线变化不大(PLC=+1.0%),因而不剥落,耐侵蚀,使用周期长。
表1 桶壁用镁铝耐火浇注料理化指标
特性 | 传统材料 | 改进材料1 | 改进材料2 | |
Al2O3含量(质量分数)/% | 92.7 | 89.9 | 91.6 | |
MgO(质量分数) | 4.9 | 6.7 | 4.8 | |
SiO2(质量分数) | 0.1 | 0.5 | 0.5 | |
体积密度/g·cm-3 | 110℃,24h | 3.03 | 3.01 | 3.02 |
1500℃,3h | 2.91 | 2.90 | 2.85 | |
显气孔率/% | 110℃,24h | 16.4 | 18.1 | 17.9 |
1500℃,3h | 20.9 | 22.7 | 24.2 | |
耐压强度/% | 110℃,24h | 11.9 | 21.8 | 22.0 |
1500℃,3h | 46.6 | 71.6 | 59.3 | |
抗折强度/MPa | 110℃,24h | 7.9 | 10.7 | 8.1 |
1500℃,3h | 30.2 | 29.9 | 36.3 | |
重烧线变化率/% | -0.34 | +0.87 | +1.16 | |
蚀损指数 | 100 | 68 | 70 |
2.桶底用镁铝尖晶石耐火浇注料:
与桶壁不同,包底约束力小,高膨胀材料由于存在膨胀上浮的缺点,难以在此处使用。为了防止拱起和抑制熔渣渗透,体积稳定性高的铝尖晶石耐火浇注料便成为桶底使用的优选材料。
桶底内衬损毁形式是结构剥落,所以其改进方向就是改进材料的抗熔渣的渗透性能。这可通过添加uf-Al2O3或者uf-Spinel来实现。表2列出了桶底用镁铝尖晶石耐火浇注料中添加uf-Al2O3和/或uf-Spinel平均颗粒尺寸、化学成分和矿物相。
表2 细分的性能
原料 | d50/μm | 化学成分(质量分数)/% | 矿物相 | |||||
Al2O3 | MgO | CaO | SiO2 | Fe2O3 | Ig | |||
uf-Spinel | 1.1 | 73.47 | 25.47 | 0.41 | 0.24 | 0.14 | – | 尖晶石 |
uf-Al2O3 | 1.4 | 99.86 | 0.04 | 0.04 | 0.02 | 0.02 | – | 刚玉 |
下表(表3)列出了改进后的铝尖晶石耐火浇注料和传统铝尖晶石耐火浇注料的性能比较。表4-6结果表明,两者物理指标几乎相同,但改进后的铝尖晶石耐火浇注料的抗渗透性能比后者高,说明应用uf-Spinel改进的铝尖晶石耐火浇注料有助于桶底内衬寿命的提高。
表3 桶底用铝尖晶石耐火浇注料
材料 | 铝-尖晶石 | ||
改进材料 | 传统材料 | ||
化学成分(质量分数)/% | Al2O3 | 93 | 93 |
MgO | 6 | 5 | |
SiO2 | 0.1 | 0.1 | |
显气孔率/% | 110℃,24h | 17.3 | 17.7 |
1500℃,3h | 20.6 | 21.2 | |
体积密度/g·cm-3 | 110℃,24h | 3.07 | 3.08 |
1500℃,3h | 3.02 | 3.01 | |
耐压强度/% | 110℃,24h | 24.8 | 25.8 |
1500℃,3h | 57.6 | 55.4 | |
高温抗折强度(1400℃)/MPa | 74.0 | 6.9 | |
线变化率(1500℃,3h)/% | +0.08 | +0.07 | |
侵蚀试验(CAO/SiO2) | 侵蚀指数 | 98 | 100 |
渗透指数 | 90 | 100 |
若选用铝尖晶石耐火浇注料作为桶底内衬耐火材料时,为了控制尖晶石的形成速度,降低膨胀量和提高热塑性,可向基质料中添加uf-Al2O3和uf-SiO2,当镁铝耐火浇注料中添加7%uf-Al2O3和1%uf-SiO2时即可将它们的膨胀控制在很低的范围之内,表明这类镁铝耐火浇注料用作桶底内衬耐火材料时便能获得高的使用周期。按照镁铝耐火浇注料细分部分MgO/SiO2比对线变化的影响,如果将镁铝耐火浇注料基质中按MgO/SiO2≈4(质量比)配制时,即可获得微膨胀盛钢桶内衬耐火材料,从而适应了桶底的使用条件。