耐火骨料是耐火澆注料組織結構中的主體材料,用量約為70~,其骨架作用,也影響其物理力學和高溫使用性能,對鋼包耐火澆注料尤為明顯。因此,應根據(jù)實際情況和技術配方要求,合理選擇耐火骨料的品種、臨界粒徑及顆粒級配,以獲得高技術鋼包耐火澆注料。
在基質組成相同的情況下,采用不同品種的耐火骨料制成耐火澆注料,其骨料與基質料的質量比為7:3.表1為澆注料用耐火骨料的理化性能。棕剛玉體積密度較大、吸水率低,顆粒變焦圓滑且致密,故拌料在相同流動度時需水量較少;特級礬土熟料的體積密度較小,吸水率居中,顆粒有棱角、氣孔較多,故拌料時需水量較大;白剛玉體積密度居中,吸水率大,顆粒多棱角且有縮孔,故拌料需水量最大。
表1 澆注料用耐火骨料的理化性能
骨料品種 | 化學成分/% | 顆粒體積密 度/g·cm-3 | 吸水 率/% | 顆粒外觀 | |||
Al2O3 | SiO2 | TiO2 | R2O | ||||
特級礬土熟料 白剛玉 棕剛玉 | 87.3 99.5 93.0 | 4.0 0.1 1.0 | 5.0 ? 3.2 | 0.38 0.42 0.10 | 3.36 3.48 3.89 | 1.29 3.28 0.37 | 棱角、氣孔較多 多棱角、高縮孔 邊角較圓、致密 |
表2 耐火骨料不同品種對澆注料性能的影響
項目 | 品種 | 溫度/℃ | |||
110 | 1100 | 1400 | 1600 | ||
體積密度/g·cm-3 | 白剛玉 棕剛玉 特礬 | 3.15 3.33 3.02 | 3.10 3.27 2.97 | 2.94 3.12 2.94 | 2.93 3.25 3.12 |
抗折強度/Mpa | 白剛玉 棕剛玉 特礬 | 3.1 5.0 6.2 | 8.2 14.3 11.5 | 15.1 20.0 24.4 | 18.6 30.0 37.1 |
燒后線變化/% | 白剛玉 棕剛玉 特礬 | ? | 0.07 0.25 0.14 | 1.65J 1.92 0.87 | 2.00 0.62 -0.68 |
上表為耐火骨料品種對澆注料性能的影響。從表中看出,棕剛玉、白剛玉和特礬配制的耐火澆注料,其體積密度一次遞減;隨著加熱溫度的升高,澆注料的體積密度遞減,只有特礬和棕剛玉配制的澆注料,在1600℃燒后的體積密度大于烘干的體積密度;澆注料的抗折強度則隨之不斷增大,白剛玉的增大較少,特礬的增大較多,棕剛玉的居中;隨著燒結溫度的升高,白剛玉骨料配制的澆注料,其燒后線膨脹增大,在1100~1400℃之間,因形成較多的尖晶石等礦物,燒后線膨脹急劇增大。在1400~1600℃之間,該料含雜質較少,故燒后線膨脹持續(xù)而平穩(wěn)的增加,到1600℃仍約有2%的線膨脹;棕剛玉和特礬骨料配制的澆注料,其變化規(guī)律基本相似,1400℃燒后線膨脹最大。到1600℃燒后,因特礬中SiO2含量及R2O含量最高,產生較多的液相量,抵消了生成MA和CA6伴隨的體積膨脹,故該種料呈現(xiàn)為燒后線收縮,對鋼包耐火澆注料的使用是不利的。這也是采用的特礬或一礬作鋼包耐火澆注料時,需添加較多的鎂質材料的緣故;棕剛玉骨料澆注料的1600℃燒后線變化,在兩者之間,其燒后線膨脹為0.62%。
高技術鋼包耐火澆注料的一個特點是,將耐火骨料臨界粒徑從約為10mm擴大到25mm左右,以提高其抗熱震性。表3為粗大骨料澆注料的抗剝落性能試驗結果。用剛玉鎂砂尖晶石質耐火澆注料做成標磚試樣,放進1450℃的電爐中加熱一定時間后,取出試樣在空氣中強冷至室溫,再反復循環(huán),測定其表面開裂情況。表中△表示試樣完好,×表示試樣開裂。×越多,表示試樣開裂也多。
表3 粗大骨料澆注料的抗剝落性能試驗結果
試樣冷熱循環(huán)次數(shù)/次 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
澆注料 | 未加粗大骨料 | △ | × | ×× | ×××× | ××××× | ××××× |
添加粗大骨料 | △ | △ | △ | × | ×× | ×× | |
添加粗大骨料的耐火澆注料,抗剝落性能比未加粗骨料的好,即提高了抗熱震性。通過巖相分析認為,添加粗大骨料后,裂紋形態(tài)發(fā)生了偏移和分岔,抑制了長裂紋并改變方向,也阻止了基質內裂紋的擴散,故提高了澆注料的抗剝落性能。某廠在鋼包耐火澆注料中添加20~25mm的粗大骨料7%,就減少了鋼包襯的裂紋,提高了包齡。當粗大骨料在耐火澆注料中用量過多時,將沿著粗大骨料或與之相連的裂紋增多,則降低耐火澆注料的抗熱剝落性,影響其使用。粗大耐火骨料的用量,應兼顧鋼包耐火澆注料的全面性能,經試驗確定。
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