目前,我國大部分鑄管、鑄鐵及煉鋼企業的鐵水包用耐火材料都采用耐火磚砌筑,這種用耐火磚砌筑的鐵水包內襯有很多缺點,如:(1)耐火磚的消耗量大,會造成一次污染,從而破壞環境;(2)砌筑勞動強度大;(3)易發生漏包事故;(4)鐵水包粘包比較嚴重,降低了使用壽命;(5)鐵水包及包嘴消耗量大等。
為了克服這些缺點和問題,有的鋼鐵企業和鑄管廠家也曾研究并改用了高鋁澆注料整體澆注鐵水包內襯,但還是由于粘渣現象嚴重,打包困難,影響了其使用效果。因此,針對該現象從該類澆注的選材以及添加物方面作了一些探討,以期達到提高性能的目的。
1鐵水包澆注料的原材料
1.1原料的選擇
鐵水包整體澆注料用材的選擇主要考慮3方面:
(1)具有較高的使用壽命。同磚砌襯體相比,要求澆注料具有較高的密度及強度,整體性要好,能較好抵抗高溫鐵水及渣的沖刷、侵蝕。
(2)具有良好的施工性能。要求澆注時間易于控制,可滿足不同季節施工需要,振動流動性要好。
(3)同耐火磚相比,能滿足快速烘烤要求,具有較高的性能價格比。為此,實驗中選擇的原料以山西的一級、特級1和特級2高鋁礬土作為澆注料的骨料,細粉也用這3類原料,并選取用了適當的膨脹劑和防爆劑。為了提高澆注料的熱震穩定性及抗渣性,還選用了少量的碳化硅及石墨等原料。為了降低過量水分形成的氣孔率,還加入了一定量的減水劑。
1.2高鋁澆注料的粒度級配確定
為了獲得性能良好的澆注料,在借鑒鋼包澆注料的經驗基礎上,對試驗中試樣的粒度級配進行了嚴格的選定和控制。其骨料粒度在1～10mm占65%~70%。選取粒度小于0.088mm占95%以上的作細粉,其用量占30%~35%。
1.3合劑的選擇
考慮到鐵水渣中與澆注料中的鈣硅氧化物平衡問題,試驗過程中選擇純鋁酸鈣水泥鋁作為鐵水包澆注料的結合劑。
2實驗過程及結果
2.1實驗過程
將上述準備的物料準確稱量并加入一定量的水,攪拌均勻后在振動臺上振動成型為160mm×40mm×40mm和230mm×113mm×65mm的樣品后養護1天后脫模。放入烘箱中于110℃×24h烘干。又于1100℃×3h進行熱處理后,進行各性能的檢測。同時將試樣切割成φ50mm×50mm于1450℃×3h進行抗渣試驗。
2.2實驗結果
將準備好的試樣對其進行物理性能檢測,該澆注料的性能變化可看出:試樣的理化性能隨著礬土料的等級變化而變化,試樣的各種常規物理性能以特級
2為最好。隨鋁粉加入量的增加,試樣性能也發生相應的變化,試樣的抗鐵渣滲透性隨著
鋁粉含量的不同,都有較好的效果。鐵渣的滲透一般在3mm左右,最多是5mm,加入鋁粉2%的試樣的抗鐵渣的滲透性最好。
從試樣的熱震穩定性看,該澆注料經1100℃水冷抗熱震試驗,其熱震次數均大于25次。但隨著次數的增加,試樣中的碳被氧化的深度也增加。
3分析與討論
3.1原料對澆注料體積密度的影響
鐵水包使用過程中損壞的主要原因是鐵水的滲當合理的粒度級配一定時,高致密的原料及其它添加物的影響就成為主要因素。從實驗結果看,澆注料的體積密度隨礬石料的等級提高而增大,并隨鋁粉的加入量增加而增大。
3.2結合劑的選取對澆注料性能的影響
結合劑是澆注料的關鍵所在,它不僅影響鐵水包澆注料襯的整體性、強度,而且還關系到鐵水包的抗渣性能。選用純鋁酸鈣水泥作合劑,因為鐵水渣中Al2O3、CaO、SiO2易與澆注料的酸性物質及堿性物質發生反應,平衡渣與料中的Al2O3、CaO、SiO2濃度,減小濃度梯度,從而降低這種反應的可能性和由這種反應造成的粘現象。實驗結果表明,澆注料抗渣的滲透性能良好。
3.3鋁粉的加入對澆注料的抗渣性影響
從實驗看出鋁粉的加入對澆注料的抗渣性影響較明顯,鐵水渣的滲透一般在3mm左右,最多5mm。當鋁粉加入量為2%時,試樣的抗鐵水滲透性最好。分析原因可能是由于所加入的鋁粉在鐵水包使用過程中發生氧化生成Al2O3,且活性較高,與渣中的堿性物質反應生成CA或其它鋁酸鈣產物,一方面填充了氣孔,堵塞了渣侵的通道,另一方面,所產生的鋁酸鈣物質平衡了渣與爐襯中的鈣濃度,迫使渣向襯內的浸潤速度減慢。
3.4石墨對抗渣侵的影響
鐵水包由于粘渣嚴重,易造成清渣時的機械損傷,這也是影響澆注料襯繼續使用的一個重要因素。粘渣的一個主要原因是澆注料中的Al2O3、SiO2與渣中的CaO等成分反應生成一些低熔點的特質粘附在澆注料的表面。為了減少這種現象,實驗中通過加入一定的石墨來克服,特別是其加入量在5%~7%時,同時,再配以良好的澆注料的組成和降低澆注料的氣孔率等措施,鐵水包的粘包現象較輕,減少粘渣量效果較好。
4結論
采用特級礬土2和鋁粉及添加物,配制的澆注料具有良好的理化性能、抗鐵水滲透性及熱震穩定性都很好,并具有較好的體積穩定性。用在某鑄管廠的鐵水包上替代原來的定形制品,可以延長鐵水包的使用壽命,并減少了工人勞動強度。
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