添加剂对中间包镁质干式料性能的影响

●42●连铸2008年第3期.●耐火材料.添加剂对中间包镁质干式料性能的影响贾江议’陈卫强’ 刘汉辉”(1.河南科技大学材料科学与工程学院,洛阳471003;2.中冶京诚工程技术有限公司,北京100176;3. 郑州金科炉料有限公司,郑州450001)摘要以电熔镁砂为主要原料,研究了添加剂二氧化硅微粉和烧结剂加入量对镁质干式料性能的影响。结果表明，当二氧化硅微粉的加入量为2% ~4%、烧结剂六偏磷酸钠加人量为1% ~2%时,研制的干式料性能优良、施工方便,现场使用可满足中间包的要求。关键词干式料,电熔镁砂,中间包中图分类号TF576.4 文献标识码AEffect of additions on properties of dry magnesite refractory of tundishJIA Jiangyi' ,CHEN Weiqiang'2 ,LIU Hanhui3(1. College of Material Science & Engineering, Henan Univertity of Science & Technology ,Luoyang 471003;2. Capital Engineering & Research Incorporation Limited ，Beijing 100176;3. Jinke Charge Material Co. ,Ltd. ,Zhengzhou 450001 )ABSTRACT The efect of additions on properties of the dry magnesite refractory was investigatedwith fused magnesite as main raw materials , microsilica and sintering promoter as additions. The exper-iment shows that the dry magnesia refractory has characteristics such as convenience construction andgood properties when addition microsilica is 2% ~ 4% , hexametaphosphate 1% ~2%. It can satisfythe application requirements of tundish.KEY WORDS dry refractory ,fused magnesite , tundish近年来,随着中间包快速更换水口技术的迅速表1原料的化学成分%推广,中间包使用寿命获得大幅度的提高,这就对中AL203MgOSiO2CaOFe205_间包工作衬的性能提出了更高的要求。碱性干式振电熔镁砂0.4797.130.671.350. 43动料(简称干式料)以其抗侵蚀性好、使用寿命长且二氧化硅93.151.3微粉具有洁净钢水的作用而被普遍使用。目前国内使用黏土细粉44.1554.340.751.17的中间包工作衬主要为镁质干式料,为固体树脂结合。镁质干式料在使用时灰尘较大,且固体树脂在微粉和烧结剂混合后,在160mm x40mm x40mm三高温碳化后易导致钢水增碳|"] ,对产品质量不利。联模中成形长方体试样;成形后将试样连同模具一针对上述情况,本文研究了在无需加固体树脂情况起放人烘箱在100 ~ 150C之间烘烤,冷却后脱模即下,通过添加二氧化硅微粉和烧结剂来改善镁质干可;然后将试样在450C ,3h, 1000C ,3h和1550C,式料的使用性能，以避免使用树脂而易导致钢水增3h条件下加热处理。碳和环保问题。测定试样热处理后的耐压强度,以评定试样的1实验内容结合性能和烧结性能。测定试样热处理前后的尺寸实验所用主要原料为电熔镁砂,添加剂为二氧变化百分率，以评定试样的高温体积稳定性。化硅微粉、软质黏土和六偏磷酸钠,化学成分含量分2结果与讨论析见表1。2.1二氧化硅微粉的影响以电熔镁砂为骨料和基质,骨料与基质料的质中国煤化工度的影响量比为65:35。其中骨料包括5 ~3mm、3 ~ 1mm和YHCNMHG利用其在420年.1~0mm三级颗粒级配;基质料包括粒径<分解产生的自由水与基质中的二氧化硅微粉结合形0.044mm和<0. 088 mm两种细粉。加入二氧化硅成 -Si - 0H基,提高材料强度[2]。但其熔点低,在耐火材料.43.高温下易形成液相,对材料的高温性能不利,加入量成镁橄榄石的量相对较多,产生体积膨胀较大,引起不宜过多。以电熔镁砂为原料,固定黏土的加人量结构疏松,不利于材料的烧结致密化,反应引起耐压4% ,二氧化硅微粉的加人量按:0%、2% .4%、6%、强度下降。8%递增,实验结果如图1。2( Al2O,●2Si02)(偏高岭石)- +2Al2O3 ●3SiO240r(奠来石) + SiO2(860C)(2)s-Mg0 +3SiO2- 42Mg0 ●SiO(镁橄榄石)(9009C) (3)0叶因此,本实验中二氧化硅微粉的合适加入量为5r450C,3h4% ~6%。+ 1003020|(2)二氧化硅微粉加人量对线变化的影响二氧化硅微粉加入量对线变化的影响如图2。o0.1450.12 t0.10二氧化硅微粉/%菌0.06-圈1耐压强度随二氧化硅微粉加入量的变化票0.04十450C.3h0.02- + 1000C,3h可以看出:在4509C ,3h条件下,隨着二氧化硅微0.00粉加人量的增加,耐压强度逐渐升高。在1000C, .-0.023h,二氧化硅微粉含量小于4%时,随着二氧化硅微粉加入量的增加,耐压强度逐渐升高;二氧化硅微粉含量大于4%时,随着二氧化硅微粉加入量的增加，圈2烧后线变化随二 氧化硅微粉加入量的变化耐压强度逐渐降低。原因为:黏土中的高岭土矿物在加热过程分解释放出可以看出,在450C ,3h条件下,随着二氧化硅水"(反应1)。微粉加人量的增加，烧后线变化出现收缩(负值)，Al2O3●2SiO2●2H20(高岭土)- +Al203●2Si02(偏变化幅度不大,整体收缩呈增大趋势。因为在高岭石) +2H20(420C)(1)450C ,3h条件下,材料内部只发生黏土中高岭土矿硅微粉属于无定形SiO2,遇水容易形成-Si -物的脱水和-Si-0H基(即硅醇基)的形成,脱水.OH基(即硅醇基)4。在烧成过程中,随着温度的会引起材料收缩,但由于黏土量是定值,所以收缩的提高,硅醇基脱水聚合形成牢固的-Si-0-Si-结.变化幅度不大。整体收缩呈增大的趋势可能是因为合的三维空间网络结构,加强材料的结合,有助于强随着二氧化硅微粉加入量的增加,形成的-Si -0H度的提高。而这种三维空间网络结构- -直可持续到基(即硅醇基)增多,硅醇基脱水聚合形成的-Si -700C[5],即在温度低于700时，随着硅微粉含量0-Si -的三维空间网络结构增多,导致材料间的作的增加,形成牢固的-Si -0 -Si -结合的三维空间.用力增大,从而引起线变化呈增大趋势。网络结构增多,材料强度逐渐升高。所以在450C ,在1000 ,3h条件下,烧后线变化均膨胀,当3h条件下,随着二氧化硅微粉加入量的增加,耐压二氧化硅微粉含量小于 2%时,随着二氧化硅微粉强度呈现逐渐升高的趋势。加入量的增加,烧后膨胀逐渐减小。当二氧化硅在1000C,3h条件下,上述黏土分解出的偏高微粉含量大于2%时,随着二氧化硅微粉加入量的岭石860C继续分解形成铝硅尖晶石和二氧化硅'增加,烧后膨胀逐渐增大。在二氧化硅微粉含量小(反应2) ,分解形成的二氧化硅和加入的二氧化硅于2%时,黏土脱水引起的收缩占主导因素,反应形微粉在900C时开始与MgO反应形成镁橄榄石(反成的镁橄榄石量相对较少且又充填在材料的气孔应3) ,产生体积膨胀。在二氧化硅微粉加入量小于内,中国煤化工路体表现为膨胀逐4%时,反应形成镁橄榄石的量相对较少,产生体积渐减CNMH G%时,黏土脱水引膨胀可以充填材料气孔,使材料结构致密化,提高材起的收缩不变， 而反应形成镁橄榄石的量逐渐增多，料强度。当二氧化硅微粉含量大于4%时,反应形体积膨胀效应逐渐 占主导因素，引起烧后膨胀逐渐●44●连铸2008年第3期增大。喪3中间包干式振动料理化性能因此,本实验中二氧化硅微粉的合适加入量为化学成分MgO%项目标准值[10)TQG≥8082% ~4%。450C ,3h02.2 烧结剂对干式振动料性能的影响常温耐压1000公,3h≥2023烧结剂的作用主要是促进材料烧结,提高材料强度/MPa 15C,3>2325的中温和高温强度,以便中间包在1000C左右烘烤≥2.202.35后能够承接钢水的冲击力,1550C高温时能阻止熔体积密度1000 ,3h≥2.052.21渣的渗透。以电熔镁砂为主要原料结合剂黏土的/g/cm'1550C ,3h≥2.152.30加入量4% ,二氧化硅微粉加人量5% ,分别选取三绕后线变化/% 150 ,3h≤-0.42-0.35种烧结剂,测量其1000 ,3h和1550C ,3h热处理3钢厂中试情况后耐压强度和1550 ,3h热处理后线变化,结果如2007年11月干式料TQG在钢厂连铸机上进行表2。.试验使用,中间包浇注温度为1520 ~ 1570C,每炉表2烧结剂对试样性能的影响烧结剂 加人量/%耐压强度/MPa__ 烧后线变化/%浇注时间25min,中间包底部冲击板厚度280mm,干式料厚80mm,包壁厚50~60mm。烘烤温度400~1000 ,3h 1550C ,3h 1550C ,3h500C ,时间大于3h,冷却3h后脱模,吊到平台上烘六偏磷酸钠30烤至1000C左右。烘烤中未发现膨胀、爆裂和脱落35现象。共使用5个包,平均使用寿命达到46h,最高20-0.15一个达到55h。TQG料与钢水接触部位抗钢水冲刷三豪磷酸钠-0.30能力强,与永久衬接触部位为未烧结疏松层,使用完27-0.31毕后,翻包解体性较好。-0.654结论硅酸钠.37-1.21通过对添加剂加人量的研究分析和钢厂试验，当二氧化硅微粉的加入量为2% ~4%六偏磷酸钠从表2可知,烧结剂的作用强弱为:硅酸钠>偏加人量为1%~2%时,研制的干式料性能优良,中磷酸钠>三聚磷酸钠。试平均寿命可达46h以上,提高了中间包的使用寿烧结剂硅酸钠熔点较低,在1000C以下便会产命。研制的干式料由于不用树脂做结合剂，避免了生大量液相,烧后线变化比较大,试样的高温性能和现行干式料的钢水增碳现象,并改善了材料在高温体积稳定性不好,所以不选用硅酸钠作为烧结剂。下由于碳的氧化而造成强度和抗侵蚀性的下降。而烧结剂三聚磷酸钠引起的烧结作用弱，不能提供合适的强度。综合考虑,采用烧结剂偏磷酸钠的试参考文献样性能较好,主要由于在材料使用过程中六偏磷酸吴义权,张玉峰,郭景坤. 高技术在镁质耐火材料领城中的应用钠烧结剂和镁质原料中的CaO生成高熔点的化合[].耐火材料,2005 ,39(5) :292 ~294.物Na,0●2CaO●P20,",即能促进中温烧结又对2 王诚训.钢包用耐火材料[M].北京:冶金工业出版社,003.高温性能有利。当六偏磷酸钠加人量为3%时,试3 陆佩文.硅酸盐物理化学.武汉:武汉工业大学出版社,1996.李向阳,万景- -.基质对镤质材料抗渣性能的影响[J].铸造技样1550C ,3h热处理后的线变化较大,易引起工作术，2006,34(5) :28 ~29.衬变形,所以选用六偏磷酸钠的合适加入量应为3 王会先,赵世杰,寇志奇.尖晶石粒度对高纯刚玉- 尖晶石浇注料1%~2%。.性能的影响[J].耐火材料,2002 ,36(4) :187 ~ 189.2.3研制的中 间包干式料理化性能; 马军强,孙庚辰,石 干.富镁尖晶石对镁质耐火材料抗侵蚀性的研究[J].耐火材料,2004 ,38(1):16-18.根据以上的实验情况,研制的中间包干式料性韩行操.不定形耐火材料[M].北京:冶金工业出版社,2004.能指标见表3。.中国煤化工YHCNMHG