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添加剂对铝尖晶石质浇注料烧成后残余膨胀的影响

发布时间:2021/05/05 行业新闻 标签:耐火砖浏览次数:168

铝尖晶石质浇注料容积稳定性好,但是发现存在所添加的分散剂种类不同而导致产生膨胀很大的现象。到目前为止一直认为铝尖晶石质的膨胀是由于CaO·6Al2O3生成量增加所导致的。但经过试验表明:添加聚偏磷酸钠生成Ca3(PO4)2,会出现膨胀。 

1前言 

铝镁质和铝尖晶石质浇注料广泛用于以钢包为主的各种窑炉。特别是铝尖晶石质浇注料是由氧化铝原料和尖晶石原料组成,所以不像铝镁质浇注料那样生成尖晶石而膨胀,容积稳定性比较好。关于随着铝镁质和铝尖晶石质浇注料加热而产生膨胀的问题,之前有过许多报道。一般认为氧化铝与高铝水泥中的CaO在高温下反应生成了CaO·6Al2O3(以下简称CA6),并导致了热膨胀。另外也有报道指出:如果有石英粉共存,则会促进生成CA6,膨胀加剧。 

在研究对铝尖晶石质浇注料膨胀影响的过程中发现,添加聚偏磷酸钠时发生了异常膨胀(图1)。目前为止还没有关于聚偏磷酸钠对铝尖晶石质浇注料膨胀影响的报道。因此,本文对聚偏磷酸钠对铝尖晶石质浇注料烧成后残余膨胀的影响进行了研究。 

2试验 

2.1试样组成 

试验所用配料组成列于表1。主原料使用电熔氧化铝、尖晶石和高铝水泥。为了更明显地检测出对膨胀的影响,原料尺寸确定为1mm以下,反应性更高。1号、2号和3号试样,其聚偏磷酸钠添加量分为3个水平;4号试样添加磷酸不含钠;5号试样用于比较使用,添加了聚丙烯酸。 

2.2试验方法 

配料中添加11.5%水,使用通用搅拌机混合3min。将混合物浇注到模型(25mm×25mm×120mm)中,在室温下养生24h。养生后脱模,测量尺寸,然后于110℃干燥24h,再于1500℃加热处理3h。根据JISR2554(耐火浇注料的线变化率试验方法)的规定求出线变化率。生成的矿物相用XRD鉴定。烧成后的显微结构用SEM观察,同时用EPMA进行了元素分析。另外还用热力学平衡计算软件FactSage对平衡生成相进行了模拟。 

3试验结果 

3.1线变化率 

图2示出了1500℃加热后的残余线变化率。添加聚偏磷酸钠的2号试样和添加磷酸水溶液的4号试样出现了膨胀,而添加聚内烯酸的5号试样却产生了收缩。 

3.2生成的矿物相 

图4示出了2号和5号试样的X射线衍射图。两者在CA6峰值强度上几乎没有差异,生成的矿物没有发现不同。图5示出了聚偏磷酸钠添加量与CA6第一峰值强度的关系。即使增加聚偏磷酸钠添加量,CA6生成量几乎也没有变化。 

3.3显微结构 

图6示出了1号和2号试样的显微结构。两者在基质中都发现了针状结晶,但是显微结构没有明显的差异。 

图7示出了1号、2号和3号试样的反射电子组成图像(COMPO)和P、Ca的分布。在添加聚偏磷酸钠的2号和3号试样中发现局部存在Ca和P聚集的区域。用椭圆表示的部分,其组成是CaO∶P2O5=2.4∶1。根据组成比可以确定是磷酸三钙Ca3(PO4)2。2号试样Ca和P聚集的地方的放大图示于图8。在Ca和P浓度大的颗粒周围可以观察到存在大约10~20μm的空隙。 

3.4平衡生成相的模拟 

改变磷酸量并于1500℃下对平衡生成相进行了模拟,其结果示于图9。如果增加磷酸量,CA6的生成量减少,而Ca3(PO4)2的生成量则增加。 

4研究 

对向铝尖晶石质浇注料中添加聚偏磷酸钠而引起膨胀的问题进行了研究。以前认为铝尖晶石质浇注料的膨胀是受到了生成的CA6的影响,但根据图5结果显示,添加聚偏磷酸钠而出现的膨胀,并没有受到CA6的影响。加热后膨胀大的试样是因为生成了Ca3(PO4)2。据文献报道,Ca3(PO4)2的热膨胀系数是14.8×10-6/K,大于Al2O3的8.8×10-6/K和尖晶石的7.6×10-6/K。另外在Ca3(PO4)2颗粒周围产生空隙,表明Ca3(PO4)2的膨胀大于周围的基质。因此,一般认为聚偏磷酸钠添加量越多,Ca3(PO4)2的生成则增加,膨胀则增大。 

另外,平衡相模拟获得的结果与试验结果是一致的,这也证明了添加聚偏磷酸钠导致膨胀的原因不是CA6生成量的增加,而是生成的Ca3(PO4)2所致。一方面,图1所示膨胀性是异常的,与这一结果相比,由Ca3(PO4)2引起膨胀的2号和3号试样,其原料只是使用1mm以下的原料,明显膨胀很小,一般认为存在进一步影响膨胀的因素。 

5结语 

研究了聚偏磷酸钠对铝尖晶石质浇注料烧成后残余膨胀的影响,获得如下结果。 

(1)添加聚偏磷酸钠,于1500℃加热后的残余线变化率增大。此外,残余线变化率随着聚偏磷酸钠添加量的增加而增大。 

(2)即使增加聚偏磷酸钠的添加量,CA6生成量几乎也没有变化。 

(3)添加聚偏磷酸钠,可以明确生成了CA6、Ca3(PO4)2,在Ca3(PO4)2的颗粒周围可见10~20μm的空隙。 

(4)Ca3(PO4)2的热膨胀率大于作为骨料使用的氧化铝和尖晶石,所以认为它的生成助长了膨胀。