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这样加入氧化镁,可使铝镁系耐火材料抗剥落和强度性能提高

2022-03-01 00:12 已有 人浏览 小编

铝镁系耐火材料已经广泛应用于钢包、座砖、透气砖和铁水脱硅的摆动流嘴上,并取得了良好的效果。不管是作为浇注料、预制件还是不烧砖,它们在使用过程中,除了发生烧结收缩和热膨胀外,还发生尖晶石化反应。这会导致材料的体积膨胀和致密度下降,从而影响材料的其他性能。如果材料的膨胀过大,会导致材料产生裂纹,炉衬鼓胀、剥落,强度下降和渣渗透。如果材料收缩或膨胀偏低,会使材料在使用过程中产生裂纹、渣渗透和剥落。因此,只有氧化镁加入量合适,控制好尖晶石生成速度和生成量,才能很好地补偿材料烧结所造成的收缩,使材料具有很好的强度,防止剥落和鼓胀以及渣的渗透。因此,探讨了镁砂含量对不烧铝镁质材料热膨胀性能的影响。


原料和试验方法


1.1 原料


以致密刚玉、高纯电熔镁砂粉和活性α-氧化铝微粉为原料,配制高纯铝镁系材料。原料的化学组成见表1。


这样加入氧化镁,可使铝镁系耐火材料抗剥落和强度性能提高(图1)

表1  原料的化学组成(w)


1.2 试样的制备和试验方法


按表2的配方进行配料,以2.5%的糊精为结合剂,加水3%,进行混料。然后以200MPa压力成型成Φ15mm×50mm的坯样。经自然干燥一天后,在110℃下烘干24h。即得供试验用的试样。


这样加入氧化镁,可使铝镁系耐火材料抗剥落和强度性能提高(图2)

表2  试样的配方(w)


用真空排水法测定试样的体积密度和显气孔率。用NETZSCHDIL402E热膨胀仪测定从室温到1640℃的热膨胀率,同时计算烧后线变化率(升温速率:5℃·min-1)。用RINT2200/PC多晶粉末X射线衍射仪对试样进行物相分析。


结果与分析


2.1 电熔镁砂对铝镁质材料性能的影响


镁砂对铝镁质材料性能影响的结果见表3。由表3可知:(1)随着电熔镁砂细粉含量的增加,高温处理后材料的致密度下降;(2)随着电熔镁砂细粉含量的增加,材料的热膨胀率和烧后线变化率都增加;(3)当电熔镁砂颗粒粒径增大时,材料的热膨胀率和烧后线变化率降低,而致密度提高;(4)镁砂细粉的加入量为3%~7%时,材料的烧后线变化率可控制在0.5%~1.6%。


这样加入氧化镁,可使铝镁系耐火材料抗剥落和强度性能提高(图3)

表3 镁砂对铝镁质材料性能的影响


这样加入氧化镁,可使铝镁系耐火材料抗剥落和强度性能提高(图4)

图1 镁砂对铝镁质材料热膨胀率的影响


由图1可知:不管电熔镁砂粉加入量为多少,热膨胀率明显增大的起始温度均为1050℃(见曲线1、2、3、4、5、6)。这是由于在此温度下试样内开始了尖晶石化反应,并伴随有体积膨胀。所不同的是,镁砂细粉量越多,膨胀率增加得越快(见曲线2、3、4、5);镁砂颗粒增大,膨胀率增大的速度变慢(见曲线6)。对于不含镁砂粉的1#试样,在1300℃以上,热膨胀率增加变缓,这主要是由高温下材料的烧结收缩造成的。


2.2 烧结铝镁质材料的物相组成和对材料性能的影响


XRD分析结果显示:随着配料中电熔镁砂含量的增加,烧结材料的尖晶石含量增加。当镁砂颗粒增大时,反应速度降低,生成尖晶石量减少。这与颗粒增大,反应物比表面能减少和反应活性降低会导致反应速率下降是一致的。因此,6#试样生成的尖晶石量比4#的少。MgO与Al2O3反应生成尖晶石的理论膨胀率约10%,因此,随着电熔镁砂粉加入量的增加,高温下材料内尖晶石化反应量增加,这就导致了材料烧后线变化率和热膨胀率增加。铝镁材料从1050℃开始出现异常膨胀,这就说明尖晶石化反应起始于1050℃。由于1#配方中没有尖晶石化反应,因此,1300℃以上的热膨胀变缓是由烧结收缩引起的。因为6#试样生成的尖晶石量比4#的少,这就是6#试样比4#试样的热膨胀率和烧后线变化率低,致密度高的主要原因。


结论


(1) 增加镁砂细粉含量,材料的尖晶石化反应增加,导致了试样的热膨胀率和烧后线变化率增加,材料烧结后的体积密度下降;


(2) 增大镁砂颗粒粒径,导致了尖晶石化反应速度降低和在一定时间内尖晶石生成量减少,因而导致了热膨胀率和烧后线变化率降低,烧结后材料的致密度提高;


(3) 当控制烧后线变化率为0.5%~1.6%时,合理的镁砂细粉加入量为3%~7%;


(4) 对于铝镁质材料,尖晶石化反应起始于1050℃。而含氧化铝微粉的刚玉材料的起始烧结温度为1300℃。


(5) 通过控制镁砂的颗粒大小和加入量,能有效地控制铝镁质材料的烧后线变化率和热膨胀率,从而提高材料的抗热震性,防止剥落和鼓胀以及渣的渗透。

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