IndustrialFurnace Vol.28 No.3 May2006
-0049-04 文章编号:1001-6988(2006)03
高铝矾土对中间包镁质干式振动料性能的影响
钱跃进1,3,刘加荣2,高里存1
(11西安建筑科技大学材料科学与工程学院,陕西西安710055;2.中国建筑材料建设有限公司,河北唐山063030;31洛阳工业高等专科学校材料工程系,河南洛阳471003)
摘 要:中间包镁质干式振动料具有烘烤时间短、施工方便、使用寿命长且不污染钢液的特点,添加高铝矾土为改性剂进行了改善镁质干式料性能的实验。结果表明,添加高铝矾土能增强干式料的烧结性能,同时在不降低干式料抗熔渣侵蚀性的情况下提高了干式料的抗熔渣渗透性。
关键词:中间包;干式振动料;抗熔渣渗透中图分类号:TQ175171+2.2 文献标识码:B
EffecttothepropertiesoftheMagnesiaBasedDry
VibratableMaterialsFortundishWorkingLiningsbyAddingAlumina
QIANYue-jin1,3,LIUJia_rong2,GAOL-icun1
(1.DepartmentofMaterialsScienceandEngineer,Xi.anUniversityofArchitectureScienceandTechnology,Xi.an710055,China;2.ChinaBuildingMaterialInstallationCoLtd,Tangshan063030,China;
3.DepartmentofMaterialsEngineer,LuoyangCollegeofTechnology,Luoyang471003,China)Abstract:Themagnesiabaseddryvibratablematerialsfortundishworkingliningsbeingmadeofthemagnesiaag-gregatesandthepowderhasshortbakingtime,longservelife,nopullutiontoliquidsteelandeasyconstruction.Addingsomeappopriatemodifiercanimproveitsproperties.Theresultshowsthataddingaluminainthematerialscanpromoteitssinteringproperties,andimproveitspenetrationresistancemeanwhiledon.teffecttoitscorrosionresistance.
Keywords:tundish;dryvibratablematerials;penetrationresistance 中间包是钢铁连铸过程中的一个关键设备,为了提高钢材的质量,要求中间包用耐火材料具有不污染钢液且还起着除去钢液中的非金属夹杂物、洁净钢液的作用。镁质材料具有较好的抗高铁和高碱性熔渣的侵蚀性能,具有使用寿命长、不污染钢液的特点,已逐渐在中间包工作衬中应用,具有良好的使用效果和应用前景。但其抗熔渣渗透性较差。本工作是在镁质干式振动料中添加高铝矾土改性剂,提
收稿日期:2005-12-27;修回日期:2006-03-30
作者简介:钱跃进(1969)),男,工学博士,讲师,主要从事陶瓷、
耐火材料的教学和科研工作.
高中间包干式料的烧结性能,改善镁质干式振动料的抗熔渣渗透性,从而提高其使用寿命。
1 实验部分
1.1 原料
采用烧结镁砂颗粒和电熔镁砂细粉为主要原料(粒径分别为1~3mm和0~1mm);Ò等高铝矾土细粉作为改性剂;酚醛树脂为结合剂,乌洛托品为固化剂(促进酚醛树脂固化,提高材料的低温烘烤强度)。其主要原料的化学成分见表1。
49材料与施工:高铝矾土对中间包镁质干式振动料性能的影响
表1 主要原料的化学成分
原料电熔镁砂烧结镁砂高铝矾土
MgO97.5695.610.17
CaO0.701.290.20
SiO20.632.0211.96
Fe2O30.790.881.
Al2O30.130.4780
0.18
%
NaKO
大的O2-可以看成是不运动的。因此,MgO#Al2O3的生成速度由运动较慢的Al的扩散所决定。在高温条件下出现了少量CMS(钙镁橄榄石)等液相,能有效地促进Al3+的扩散,使局部合成反应速率加快,促进尖晶石的合成,也使干式料出现烧结现象。出现的少量液相在烧成的过程中能和溶于M2S(镁橄榄石)中形成固溶体,使干式振动料具有良好的高温性能。基质处于MgO_Al2O3_SiO2三元相图中的MgO-MA-M2S子系统中,具有良好的高温性能和良好的抗熔渣侵蚀性。与此同时,高铝矾土和镁砂反应生成的MA产生较大的体积膨胀,这有助于减小高温烧结作用产生的坯体收缩。所以添加高铝矾土后,干式振动料的烧后线收缩较小,常温抗折强度和抗压强度较高。
3+
熔渣采用某钢厂普钢生产过程中的中间包熔渣残渣,其化学成分CaO24.72%、MgO8.81%、SiO228.46%、Al2O318.18%、Fe2O32.19%。1.2 实验过程
采用粗颗粒、细颗粒和细粉三级配料,颗粒与细粉的质量比为60B40,加入一定量的改性剂、结合剂和添加剂,高铝矾土的加入量分别为5%、7%、9%。混合均匀后的物料在40mm@40mm@160mm三联模具中捣打成型,成型后的试样随模具一起在200e烘箱中烘烤3h,冷却后脱模,然后在电炉中快速升温至1550e,保温3h。对烧后试样进行理化性能测试。同时成型时在试样中留出的小孔中装入中间包熔渣,在同样条件下进行抗渣渗透实验。
熔渣渗透后的试样经切割、研磨、抛光,在光学显微镜及电子显微镜下观察其形貌,并分析其矿物组成。
2 实验结果及分析
2.1 高铝矾土对干式料烧结性能的影响
图1给出了高铝矾土加入量对干式振动料烧结作用的影响。从图中可以看出:随着高铝矾土加入量的增加,干式振动料的烧后常温强度呈上升趋势,但加入量超过7%后,继续增加高铝矾土的用量,干式振动料的常温强度提高不大。增加高铝矾土的用量时试样的线收缩率变化也不大。这是因为:在干式振动料烧结的过程中,高铝矾土中的Al2O3与镁砂发生反应生成MA(镁铝尖晶石),它能使干式料产生反应结合作用,在不降低干式料的高温使用性能的前提条件下促进试样烧结。同时,高铝矾土中的CaO、Fe2O3、TiO2及R2O等少量杂质在高温下能与镁砂中的CaO等反应,高温烧结时出现少量液相,能促进干式振动料的烧结。当然,液相的存在也促进MA的合成,因为MgO#Al2O3生成的动力学研究表明,在MgO+Al2O3yMgO#Al2O3的固相反应中,扩散过程起着决定作用。在MgO#Al2O3晶格中半径50图1 改性剂A加入量对干式振动料常温
强度和线收缩率的影响
2.2 显微结构分析
图2中(a)和(b)分别为添加与不添加高铝矾土改性剂试样的光学显微结构照片。从图中可以看出:在添加高铝矾土改性剂试样的基质中,气孔孔径细小且分布均匀。而在不添加高铝矾土的试样中,基质的气孔大且分布不均匀。这说明添加高铝矾土能降低镁质干式振动料基质中的气孔孔径,改善其气孔孔径分布。
5工 业 炉6 第28卷 第3期 2006年5月
质干式振动料的抗熔渣渗透性。
图2 添加与不添加高铝矾土改性剂干式 料基质中空隙分布状况对比
图3 添加高铝矾土的干式振动 料基质的相分布图
添加高铝矾土后,在试样中形成了镁铝尖晶石(MA)和镁橄榄石(M2S)及少量的低熔相,如图3所示,从图中可看出,液相分布在颗粒的边缘,从外到内依次是液相(颗粒边缘的白色区域)、尖晶石相(灰色区域)或镁橄榄石相(右图中浅灰色区域)和方镁石相(颗粒中黑色区域)。这是因为生成的少量液相促进了镁铝尖晶石的合成。MgO#Al2O3的生成动力学研究表明,在MgO+Al2O3yMgO#Al2O3的固相反应中,扩散过程起着决定作用。在MgO#Al2O3晶格中半径大的O可以看成是不运动的。因此,MgO#Al2O3的生成速度由运动较慢的Al3+的扩散所决定。只有在很高的温度下,才由界面扩散控制。液相的出现加速了Al3+和Mg2+的扩散,加速了MA的生成。在液相存在的条件下,也缓和了MA生成产生膨胀而带来的应力。因MA的生成产生了8%的体积膨胀,填充于颗粒之间的孔隙中,从而减小了基质中的气孔孔径,改善了气孔孔径分布,从而提高了镁
2-
2.3 静态渣蚀分析
将添加与不添加高铝矾土的镁质干式振动料试样通过坩埚法分别测量其抗熔渣的侵蚀性,在电炉中快速升温至1550e,保温3h,自然冷却。对侵蚀后的试样进行切割、研磨和抛光,观察并测量熔渣渗透深度。
经观察测量,熔渣在添加与不添加高铝矾土的干式振动料中的平均渗透深度分别为3mm和8mm,说明添加高铝矾土能显著改善干式振动料的抗熔渣渗透性。
方镁石和生成的尖晶石对渗入的熔渣产生化学过滤现象,即渗入熔渣的化学成分与原始状态熔渣的成分不同,改变了熔渣的性质,提高熔渣的熔点和粘度,从而降低了熔渣在耐火材料工作层中的渗透,提高了干式振动料抗熔渣渗透的能力。
从基质的矿物组成讲,方镁石、生成的尖晶石和镁橄榄石一起使镁质干式振动料的基质处于MgO-51材料与施工:高铝矾土对中间包镁质干式振动料性能的影响
Al2O3-SiO2三元系统中的MgO-MA-M2S子系统的高熔点区域,也使干式振动料的基质具有良好的高温性能,改善了基质组成,提高了干式振动料抗熔渣侵蚀的能力。
镁质干式振动料的烧结性能且烧结收缩较小。
(2)在镁质干式振动料中添加高铝矾土,能改善其基质组成,使其具有良好的高温性能,
(3)在镁质干式振动料中添加高铝矾土能减小其基质中气孔孔径,改善其气孔孔径分布,从而降低了熔渣在干式振动料中的渗透,有利于提式振动料的使用寿命。
3 结论
(1)在镁质干式振动料中添加高铝矾土,改善了
(上接第32页)得到如下结论:
(1)在常规的烧结工艺中气体与物料所能达到的最高温度随烧结机料带方向不断增加,在烧结底层物料和气体温度远远高于理论烧结温度,而在烧结料层表面物料和气体温度均明显偏低。仿真计算表明,分层布料和合理调整其他操作参数,有望使整个烧结过程在理想的温度范围内进行,从而有助于提高烧结矿的产品质量,同时还可达到大幅度节能的目的。
(2)本软件形象直观,将颜色、坐标相结合共同表示温度高低,其中动态仿真部分使现场操作人员及时了解料层内的烧结状况,为优化操作提供依据。
(3)本文开发的仿真软件的最大优点在于其连
续性,可查询任意点的温度、任意高度位置的温度分布曲线,使现场可以更准确地了解烧结的每一个进程,使烧结工艺成为一个可视化过程。
参考文献:
[1] 冯 娟.首钢烧结节能的实践[J].烧结球团,2004,29(5):53-55.
[2] 杨世铭.传热学[M].北京:高等教育出版社,1980.[3] 果世驹.粉末烧结理论[M].北京:冶金工业出版社,1998.[4] 程远方.烧结理论进展)))烧结单元模型建立方法之比较
[J].粉末冶金技术,1999,17(3):216-221.
[5] SADOUN,BALQIES.Appliedsystemsimulation:areviewstudy[J].
InformationSciences,2000,124(4):173-192.
[6] 孙 东.国外烧结机布料技术的新进展[J].烧结球团,1996,21
(5):35-38.
[7] 汪智德.实现均匀烧结的途径[J].烧结球团,1996,21(5):
1-8.
(上接第36页)
3 结束语
笔者在热风炉节能模拟系统的建模和开发中,将UML应用于系统开发的各个阶段,建立了系统的
需求模型、静态模型和动态模型。该系统最大的特点在于:能够进行热风炉的热平衡计算、传热模拟、过程优化,而且界面简洁,操作简单方便。采用UML对热风炉节能模拟系统进行建模,可以将复杂的热风炉节能模拟系统用简单明了的可视化图形表
示出来,对整个热风炉节能模拟系统的开发提供灵活、一致、易读的表达形式,不仅可以解决热风炉节能模拟系统开发中不同领域人员之间难以互相交流理解的难题,为系统的分析、设计、维护及扩展提供了有利的条件,还可提高系统的可用性和可维护性,具有广泛的应用前景。
参考文献:
[1] 王少峰.面向对象技术UML教程[M].北京:清华大学出版社,
2004.
[2] 项钟庸,郭庆弟.蓄热式热风炉[M].北京:冶金工业出版社,
1988.
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