活性氧化鋁微粉對RH浸漬管澆注料性能的影響

　　以電熔白剛玉和電熔致密剛玉為主要原料，研究了活性-α-Al₂O₃微粉對RH浸漬管澆注料的施工性能(振動流動度)、強(qiáng)度及抗渣性能的影響。研究表明：添加適量活性α-Al₂O₃微粉能提高RH浸漬管用Al₂O₃-MgO澆注料在高、中、低溫下處理后的強(qiáng)度、并且能夠有效地提高澆注料的抗渣性能。但活性α-Al₂O₃微粉對澆注料的施工性能不利，且施工溫度越高，其影響越顯著。

　　鋼液真空循環(huán)脫氣法(即RH法)的實(shí)施，要求相關(guān)耐火材料必須能夠經(jīng)受高真空環(huán)境條件、高溫以及急冷急熱、鋼水湍流沖刷、各種堿度的渣和合金成分的強(qiáng)烈化學(xué)作用。由于使用條件特殊(長時(shí)間浸漬在鋼水及渣液中)，浸漬管對其內(nèi)襯耐火材料的要求頗為苛刻。

　　目前，浸漬管內(nèi)襯大都采用優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚，而鎂鉻磚與外殼及通氣管道的固定則需依賴于浸漬管外部的澆注料，因此澆注料的壽命直接影響到RH浸漬管的使用壽命。在前期工作的基礎(chǔ)上，針對浸漬管澆注料的施工及對使用過程中存在的問題，研究了活性α-Al₂O₃微粉對RH浸漬管澆注料的施工性能、強(qiáng)度及抗渣性能的影響。

　　1 實(shí)驗(yàn)

　　1.1 原料

　　實(shí)驗(yàn)用原料為電熔白剛玉(FWC)、致密剛玉(EDC)、電熔鎂砂(FM)等。有關(guān)原料的理化指標(biāo)如表1所示。

　　表1 原料的化學(xué)組成(w)

　　實(shí)驗(yàn)用活性α-Al₂O₃為國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)，其中位徑DV50=1.68um，比表面積為1.3m²·g^-1，粒度累積分布見圖1。

　　圖1 活性α-Al₂O₃的粒度分布

　　1.2 澆注料的粒度分布

　　浸漬管澆注料的粒度分布不僅影響著產(chǎn)品的最終性能，如氣孔率、體積密度、強(qiáng)度等，同時(shí)，許多工藝性能也取決于顆粒粒度分布。澆注料顆粒粒度配比的理論模型主要有兩種：一種是經(jīng)典的連續(xù)堆積理論，即安德里森方程;另一種是分布和堆積理論，即Dinger-Funk方程。本實(shí)驗(yàn)采用安德里森公式對澆注料的粒度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。配料的顆粒粒度分布如圖2所示。

　　圖2 澆注料顆粒粒度分布曲線

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　將不同粒級的原料及分散劑按設(shè)計(jì)的比例放入攪拌鍋內(nèi)干攪拌30s，再加入適量水?dāng)嚢?~3min。將攪拌好的料置于振動流動度測量儀中測定其流動值。然后將試樣制成40mm×40mm×160mm的條形樣，用于測定試樣經(jīng)110℃4h、1000℃3h、1600℃3h熱處理后的強(qiáng)度�？乖�試驗(yàn)采用靜態(tài)坩堝法，試樣為70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方法，坩堝內(nèi)孔為32mm×40mm，自然養(yǎng)護(hù)24h后脫模，再在烘箱內(nèi)于110℃干燥24h。在干燥后的抗渣試樣中加入70g爐渣(組成見表2)，于1600℃3h條件下進(jìn)行抗渣試驗(yàn)，冷卻后用切割機(jī)沿坩堝軸線將其切開，分析坩堝試樣侵蝕和滲透的程度，并進(jìn)行巖相分析。

　　表2 試驗(yàn)用渣的化學(xué)組成(w)

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 活性α-Al₂O₃對澆注料流動性的影響

　　加有活性α-Al₂O₃微粉的試驗(yàn)料在不同環(huán)境溫度下的振動流動值見圖3。

　　從圖3可以看出；在施工環(huán)境溫度較高的環(huán)境下，活性α—Al₂O₃加入量對浸漬管澆注料施工性能的影響比較顯著，活性α—Al₂O₃加入量對澆注料施工性能的影響比較顯著，活性α-Al₂O₃加入量越多，澆注料的振動流動值越小，當(dāng)活性α—Al₂O₃的加入量超過一定量后，澆注料的流動性能將會全部喪失;而在較低環(huán)境溫度下施工時(shí)，活性α—Al₂O₃加入量對澆注料振動值流動值影響較小，并且有波折。這是因?yàn)棣痢狝l₂O₃d活性大，比表面積高，與水接觸是生生如下反應(yīng)；

　　Al₂O₃+3H₂O→2Al(OH)₃

　　Al(OH)₃→Al₃+3OH-

　　此反應(yīng)的速度隨著溫度的提高而加快，當(dāng)在澆注料中加入含Na+的減水劑后，Na⁺被泥漿蠱的Al³⁺交換，使泥漿中的電位下降，粘度提高，從而使?jié)沧⒘系牧鲃有阅芟鄳?yīng)下降。

　　圖3 活性α—Al₂O₃加入量對澆注料振動流動值的影響

　　2.2 活性α—Al₂O₃對澆注料強(qiáng)度的影響

　　圖4示出了活性α—Al₂O₃加入量對不同溫度處理后澆注料強(qiáng)度的影響

　　圖4 活性α—Al₂O₃加入量對澆注料強(qiáng)度的影響

　　從圖4可以看出；加入適量活性α—Al₂O₃可有效提高經(jīng)高、中、低溫處理后澆注料試樣的強(qiáng)度。這是由于活性α—Al₂O₃的粒徑很小(見圖1)，在澆注料中除了可以填充顆粒與顆粒間的空隙(微粉的填充效應(yīng))，減少浸漬管澆注料中的缺陷外，在高溫下還可以起到促進(jìn)燒結(jié)的作用。但當(dāng)活性α—Al₂O₃添加量超過一定值后，經(jīng)不同溫度處理后的澆注料試樣均出現(xiàn)強(qiáng)度下降的趨勢。這是因?yàn)樵诩尤肓康幕钚驭痢狝l₂O₃后，除一部分起填充空隙和減少澆注料施工用水量的作用外，剩余的部分優(yōu)先于澆注料中的水泥反應(yīng)生成CA₂或CA₆等，其反應(yīng)式如下：

　　CaO·Al₂O₃+nAl₂O₃→CaO·(n+1)Al₂O₃

　　上述反應(yīng)不但消耗基質(zhì)中大量的Al₂O₃，同時(shí)還伴有體積膨脹，使?jié)沧Ⅲw經(jīng)中、高溫處理后存在結(jié)構(gòu)缺陷，強(qiáng)度也相應(yīng)下降。從這個角度來說，高性能RH浸漬管澆注料中的水泥用量應(yīng)盡量少，并應(yīng)開發(fā)無水泥澆注料。

　　2.3 活性α—Al₂O₃對澆注料抗渣性能的影響

　　圖5示出了澆注料的抗渣性能與活性α—Al₂O₃添加量的關(guān)系�？梢钥闯觯�隨著配料中活性α—Al₂O₃添加量的增加，澆注料的侵蝕深度與滲透深度在開始階段不斷下降，但當(dāng)活性α—Al₂O₃加入量超過一定量后，澆注料的抗渣性與上面分析的強(qiáng)度相一致，與組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。澆注料的機(jī)構(gòu)越致密，結(jié)構(gòu)缺陷減少，則其抗渣性能也越好。

　　圖5 試樣的抗渣性能隨活性α—Al₂O₃添加量的變化

　　在澆注料中加入適量的活性α—Al₂O₃微粉，一方面能起到微粉的填充作用，減少澆注料的氣孔率，使浸漬管澆注料中的結(jié)構(gòu)缺陷減少，提高其康渣侵蝕能力；另一方面，加入的活性α—Al₂O₃微粉與配料中的水泥反應(yīng)，形成CA₆并伴隨有一定的體積密度膨脹，使?jié)沧⒘系慕Y(jié)構(gòu)更加致密。但活性α—Al₂O₃加入量過多，體積膨脹也會相應(yīng)增大，將導(dǎo)致澆注料中的缺陷增多，抗渣性能相應(yīng)下降。

　　圖6為抗渣試驗(yàn)后試樣的顯微結(jié)構(gòu)照片�？梢钥闯觯涸嚇釉�質(zhì)層與顆粒的分布比較均勻，但存在一定數(shù)量的氣孔(見圖6(a)黑色部分)，爐渣正是通過這些氣孔不斷向澆注料的內(nèi)部滲透的;由于爐渣中存在大量CaO、Fe₂O₃等低熔物，這些低熔物滲透進(jìn)入試樣后與基質(zhì)中的α—Al₂O₃反應(yīng)形成鐵鋁酸四鈣及鋁酸鈣等低熔點(diǎn)相，如圖6(b)和圖6(c)所示：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，這種低熔點(diǎn)相不斷向爐渣中熔出，導(dǎo)致試樣的蝕變層主要以針狀的鋁酸鹽為主，如圖6(b)所示。若能提高澆注料的致密度，減少其結(jié)構(gòu)缺陷，則能有效地提高澆注料的抗渣性能。

　　3 結(jié)論

　　(1)在Al₂O₃-MgO澆注料中加入適量的活性α—Al₂O₃，能有效地提高澆注料的高、中、低溫強(qiáng)度;但過多的加入量對澆注料的施工性能不利，且隨施工溫度的提高而其不利影響加重;

　　(2)在Al₂O₃—MgO澆注料中加入適量的活性α—Al₂O₃微粉，能促進(jìn)澆注料在高溫下的致密化，從而提高浸漬管澆注料的抗渣性能。