负压浇注对刚玉浇注料性能的影响

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2009年8月

　　　　　　　　　　　　　　第

43卷第4期

负压浇注对刚玉浇注料性能的影响

谈芬芳　顾华志　舒友亮　王永刚　吴峰

1) 武汉工业学院机械工程学院　湖北武汉430023

2) 武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地　湖北武汉430081

3) 武汉瑞升特种耐火材料有限责任公司　湖北武汉430080

1)

2)

2)

3)

3)

摘　要　按板状刚玉颗粒70%(w ) 、板状刚玉细粉和氧化铝微粉26%(w ) 、纯铝酸钙水泥3%(w ) 和减水剂1%

(w ) , 加适量水配制成刚玉浇注料, 搅拌均匀后倒入真空浇注设备的模具中, 分别于真空度为0、-0. 03、-0. 06和-0. 09MPa 的时刻开始振动浇注成型, 振动时继续抽真空2m in, 试样经养护、烘干和1500℃3h 热处理后, 研究负压浇注对刚玉浇注料物理性能、抗热震性和抗渣性的影响, 并借助压汞仪测定试样孔径分布, 采用SE M 观察试样断口形貌。结果表明:与常压浇注的试样相比, 负压浇注可使试样中的气孔直径从10～20μm 降到0. 5～2μm , 使试样结构更加致密, 从而提高其机械强度和抗渣侵蚀性; 负压浇注对试样的抗热震性略有负面影

响, 但负压浇注的试样热震后强度仍高于常压浇注的; 在真空度为-0. 03～-0. 06, 得到的浇注料试样综合性能最好。

关键词　负压浇注, 刚玉浇注料, 钢包透气砖, 抗渣性, 　　来越苛刻, 械冲刷, , 渣铁的物理和化学侵蚀以及烧氧吹洗时的熔蚀

[1-3]

(w ) 如下:板状刚玉颗粒70%, 板状刚玉细粉和氧化铝微粉26%, 纯铝酸钙水

泥3%, 高效减水剂1%。

各原料按配比称量后, 在小型搅砂锅中搅拌, 并外加一定量的水。浇注料搅拌均匀后, 倒入真空浇注

设备(见图1) 的模具中, 将真空室封闭好, 用真空泵抽气到真空度分别为0、-0. 03、-0. 06和-0. 09MPa 时开始振动(试样编号相应记作A 0、A 1、A 2

、

。刚玉材料

因具有与炉渣的浸润性差, 抗渣侵蚀性好, 抗结构剥落性好等特点, 正成为世界各国钢包用耐火材料的主流

[4-6]

。目前, 常压浇注的透气砖由于气孔率高, 抗

侵蚀性差, 导致其寿命不长。因此, 本工作研究了负压浇注工艺对应用在钢包透气砖内芯部位的刚玉耐火浇注料性能的影响, 特别是其抗热震性和抗渣侵蚀性的影响。03

1　试验

1. 1　原料及试样制备

试验采用≤6mm 的板状刚玉为骨料, 板状刚玉细粉、活性氧化铝微粉为基质, 纯铝酸钙水泥为结合剂。原料的主要化学组成见表1。

表1　原料的主要化学组成(w )

Ta b l e 1M a i n chem i ca l com po s iti o n s o f s ta rti ng m a te ri a ls

%

原　料板状刚玉活性氧化铝微粉纯铝酸钙水泥

A l 2O 399. 1098. 8070. 20

Ca O --29. 10

Fe 2O 30. 150. 10-Si O 2-0. 24-R 2O 0. 250. 13-

图1　真空浇注设备

F i g. 1Vacuum ca s ti ng equ i p m en t

3湖北省教育厅重点科学研究资助项目(D20081109) 。谈芬芳:女, 1979年生, 硕士。E 2mail:Tanyi [email protected] 收稿日期:2008-12-03修回日期:2009-02-10编辑:柴剑玲

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NAI H UO CAI L I A O /耐火材料2009/4

第4期　　　　　　　　　谈芬芳, 等:负压浇注对刚玉浇注料性能的影响　　　　　　　　　2009年8月A3) , 振动时继续抽真空2m in, 分别浇注成型为40mm ×40mm ×160mm 的条样和内孔尺寸为

和显气孔率都明显比常压浇注试样A0的小。

(2) 随着振动开始时刻容器内压力的不断下降, 烘干和烧后试样的体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度、高温抗折强度均呈先增大后下降的趋势, 其中试样A2的最大。2. 2　抗热震性

坩埚样。试样自然养护24h 后, 再置于烘箱中, 在110℃下干燥24h, 然后在1500℃保温3h 烧成。1. 2　性能检测

经烘干和烧后的试样, 按照G B 4758. 3-84检测线变化率, G B 2997-82检测显气孔率和体积密度, G B 5072-85检测耐压强度, G B 3001-82检测常温

图2为试样经1100℃水冷热震5次后的抗折强度和强度保持率。可以看出:负压浇注试样A1、A2、A3的热震后强度均大于常压浇注试样A0的, 其中A2的相对最高, 但其强度保持率比A0的小。4组试样中, 试样A1的强度保持率最大, 其抗热震性相对最好。总体来说,

负压浇注对试样的抗热震性略有负面影响。

抗折强度, G B /T 3002-2004检测烘干后试样在1400℃下的高温抗折强度。

采用水冷法测抗热震性。检测烘干后试样在1100℃水冷5次后的抗折强度, 并计算其强度保持

率, 以此来评价浇注料的抗热震性。

采用静态坩埚法测抗渣性。试验用渣为转炉终渣, 其化学组成(w ) 为:Ca O 49. 68%, A l 2O 325. 28%, Ti O 220. 28%,Mg O 7. 56%,Mn O 7. 56%, Si O 25. 95%。

在坩埚试样中装入转炉终渣, 在1600℃处理6h 。自然冷却, 将坩埚纵向对称切开, 比较渣蚀和渗透情况, 并以侵蚀指数(侵蚀面积÷坩埚面100%) 图2　负压浇注对试样抗热震性的影响

F i g. 2Effec t o f vacuum ca s ti ng o n the r m a l sho ck re s is tance

o f sp ec i m e n s

T ; SE M 和能谱仪观察断口形貌并分析微区组成。

2. 3　抗渣性

图3示出了渣侵蚀后试样A0和A2的剖面照片。可以看出, 两试样中都仅有熔渣的侵蚀层, 无渗透层, 说明两试样的抗渣渗透性均好。从图4所示的侵蚀指数可看出, 试样A2的侵蚀指数低于A0的, 说明试样A2的抗渣侵蚀性较试样A0的好。因此, 负压浇注有利于提高浇注料的抗渣侵蚀性

。

2　结果与讨论

2. 1　物理性能

试样在烘后和烧后的物理性能见表2。可以看出:(1) 在常压(即真空度为0) 和负压两种浇注条件

下, 烘干和烧后试样的线变化率均较小, 说明其体积稳定性均好。而且负压条件下浇注试样的线变化率

表2　试样的物理性能

Ta b l e 2Phys i ca l p r op e rti e s o f sp e c i m en s

试样编号

线变化率/%显气孔率/%体积密度/(g ・c m -3) 常温耐压强度/MPa常温抗折强度/MPa

110℃24h 1500℃3h 110℃24h 1500℃3h 110℃24h 1500℃3h 110℃24h 1500℃3h 110℃24h 1500℃3h

A0

A1

A2

A3

+0. 15-0. 08-0. 05+0. 02+0. 10-0. 04-0. 02+0. 0814193. 053. 005512610. 241. 119. 6

12173. 143. 076014713. 137. 023. 2

11173. 153. 089620921. 847. 623. 8

14173. 083. 065917817. 645. 523. 3

图3　试样渣蚀后的剖面照片

F i g. 3Se c ti o n p ho t o s o f sp ec i m e n s a fte r sl ag co rr o si o n

2. 4　讨论

观察发现, 在边抽真空边振动浇注的过程中, 当真空度达到-0. 03MPa 开始振动时, 试样出现的翻浆现象与常压浇注的不同, 有更多且更深层的气孔被排除, 使得试样的体积密度变大, 气孔率变小, 结构更加致密, 从而机械强度得到提高。

2009/4

高温抗折强度/MPa1400℃1h

耐火材料/REFRACT ORI ES

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耐火材料/NA I HUO

CA I L I A O 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年第43卷

孔径在0. 5～1. 5μm 范围内, 气孔分布也较均匀。可见, 负压浇注可以降低浇注料的孔径, 且使得气孔分布更加均匀, 避免局部产生大气孔。

结合抗热震性试验结果可知:试样A1的气孔微小且分布较均匀, 所以其抗热震性能相对最好; 而试样A2的气孔孔径过小, 使得其结构致密度相对较高, 因此其抗热震性反而不如常压浇注试样A0的。

图4　试样渣蚀后的的侵蚀指数

F i g. 4Co rr o s i o n i ndex o f sp e c i m e n s a fte r sl ag co rr o si o n te st

从图6所示1500℃烧后试样A0和A2的断口

显微形貌发现, 两者均为片状α2A l 2O 3、CA 6镶嵌结构, 但其主要差别在于气孔的大小和分布, 试样A2的结构较试样A0致密。正是由于负压浇注的试样A2结构相对致密, 使得熔渣渗入困难, 因此其抗渣性能较常压浇注试样A0的要好

。

比较图5中各试样的气孔孔径分布情况可看出:

试样A0的绝大多数气孔孔径在10～20μm 范围内; 而负压浇注试样A1的大多数气孔孔径在0. 5～2μm 范围内, 且气孔分布比较均匀; 试样A2的大多数气孔

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NAI H UO CAI L I A O /耐火材料2009

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第4期　　　　　　　　　谈芬芳, 等:负压浇注对刚玉浇注料性能的影响　　　　　　　　　2009年8月　　由于本试验研究的是应用在钢包透气砖内芯部位的刚玉浇注料, 抗渣性是相对重要的使用性能, 可以牺牲材料的部分抗热震性来换取优异的抗渣性。因此认为, 真空度在-0. 03～-0. 06MPa 时刻开始振动的浇注料, 其综合性能相对较好。

(3) 负压浇注可以降低浇注料的孔径。常压浇注

试样的气孔直径主要集中在10～20μm , 负压浇注可

以使其降低到0. 5～2μm , 且使气孔分布更加均匀, 避免产生局部大气孔。因此, 负压浇注试样的抗渣侵蚀性优于常压浇注的, 但对其抗渣渗透性无明显影响。

(4) 在真空度为-0. 03～-0. 06MPa 时开始振动, 振动时继续抽真空2m in 左右的负压浇注工艺, 可以提高刚玉浇注料的综合性能。参考文献

[1]　腾国强, 张晖, 王金相. A l 粉和Si 粉对铬刚玉质材料显微结构的

3　结论

(1) 随着振动开始时刻容器内压力的不断下降,

浇注料的体积密度、常温强度、高温强度呈先增大再下降的趋势, 在真空度为-0. 06MPa 时为最高; 显气孔率呈先下降再增大的趋势, 在真空度为-0. 06MPa 时为最低。其主要原因是负压浇注出现了与常压浇注不同的翻浆现象, 有更多、更深层的气孔被排除, 所以其体积密度变大, 气孔率变小, 试样结构变得更加致密, 从而使机械强度得到提高。

(2) 负压浇注对浇注料的抗热震性略有不利影响, 但负压浇注条件下试样热震后的强度仍高于常压浇注的。随着振动开始时刻容器内压力的下降, 热震后抗折强度保持率呈先增大后下降的趋势, 在真空度为-0. 03MPa 时为最高变了浇注料的气孔分布状态。

影响[J ].耐火材料, 2008, 42(6) :24-27.

[2]　De Azaa A H, Penaa P, Rodrigueza M A. Ne w s p inel 2containing

refact ory ce ments[J ].J Eur Cera m Soc, 2003, 23(7) :737-744. [3]　张卫国, 李茂富, 白瑞. 钢包底吹氩技术[J ].承钢技术, 1999,

14(2) :26-30.

[4]　李代兵, 张晖, 张立明, 等. -尖晶石质浇注料

[J ].耐火材料, (6) :28-31.

[5], , -尖晶石浇注料性

[]., (1) :61-62.

[6], , 李林, 等. 氧化锆对刚玉-尖晶石质浇注料热震

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I nfluence of n g of corundu m ca st ables/Tan Fenfang, Gu Huazh i , Shu Y ouli a ng,

et a l ///Nai huo Ca ili o . -2009, 43(4) :256

C o rund um c a s ta b le s sp e c i m e ns w e re p rep a re d b y s tirring 70w t%ta b u la r c o rund um g ra ins , 26w t%ta b u 2la r c o rund um fine s a nd u ltra 2fine s a lum ina, 3w t%p u re c a lc ium a lum ina te c em e n t, 1w t%w a te r 2re d uc ing a g e n t a nd ap p rop ria te am oun t of w a te r, p ou ring in the m o ld of va c uum c a s ting e q u i p m e n t, b e g inn ing to vib ra te w he n the va c uum d e g re e re a c he d 0, -0. 03, -0. 06, -0. 09M Pa, re sp e c tive ly, a nd va c uum iz ing fo r

2m inu te s w h ile v ib ra tion. The sp e c i m e ns w e re c u re d , d rie d a nd fire d a t 1500℃fo r 3h. Influe nc e s of va c u 2

um c a s ting on p hys ic a l p rop e rtie s, the r m a l s hoc k re s is ta nc e a nd s la g re s is ta nc e of the sp e c i m e ns w e re s tud ie d. The p o re s ize d is trib u tion a nd fra c tu re ap p e a ra nc e of the sp e c i m e ns w e re inve s tig a te d w ith m e r 2c u ry p o ros i m e te r a nd S E M , re sp e c tive ly . The re s u lts s how e d tha t:(1) C om p a re d w ith the no r m a l p re s s u re c a s ting sp e c i m e ns , va c uum c a s ting d e c re a s e d the p o re d iam e te r of the sp e c i m e ns from 10-20μm to

0. 5-2μm , m a d e the sp e c i m e ns d e ns e r, e nha nc e d the m e c ha n ic a l s tre ng th a nd the s la g c o rros ion re s is t 2

a nc e; (2) The the r m a l s hoc k re s is ta nc e of the c a s ta b le s s lig h tly d e te rio ra te d , b u t the re s id ua l s tre ng th a fte r the r m a l s hoc k of the va c uum c a s ting sp e c i m e n w a s s till h ig he r tha n tha t of the no r m a l p re s s u re c a s ting sp e c i m e ns; (3) The sp e c i m e n c a s te d a t b e t w e e n -0. 03M Pa a nd -0. 06M Pa ha d the b e s t p e rfo r m a nc e.

Key wo rd s:Va c uum c a s ting , C o rund um c a s ta b le s , Pu rg ing p lug of la d le, S la g re s is ta nc e, The r m a l s hoc k

re s is ta nc e

Au tho r ’s a dd re s s:S c hoo l of M e c ha n ic a l Eng ine e ring , W uha n Po lyte c hn ic U n ive rs ity, W uha n 430023, H ub e i ,

C h ina

2009/4耐火材料/REFRACT ORI ES

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