Si粉对刚玉-莫来石砖性能的影响
2022-08-28马淑龙王治峰张积礼高长贺
马淑龙 王治峰 马 飞 康 剑 张积礼 高长贺
北京金隅通达耐火技术有限公司 北京 100085
随着高炉强化冶炼技术的发展,喷煤量不断提高,入炉原料的品位不断下降,高炉内碱金属、锌等杂质成分大量富集,炉缸工况环境愈发恶劣,高炉炉缸炉底出现锅底状或象脚状等异常侵蚀损坏现象增多,陶瓷杯内衬刚玉-莫来石砖的侵蚀破坏不断加剧[1-4]。为了提高刚玉-莫来石砖的抗渣铁侵蚀性和抗冲刷性,拟对传统刚玉-莫来石砖进行升级,加入单质Si粉,利用硅的原位反应降低刚玉-莫来石砖的显气孔率[5-6],提高强度。为此,研究了Si粉引入前后对刚玉-莫来石砖性能的影响。
1 试验
1.1 砖样制备
试验以棕刚玉(3~1、≤1和≤0.076 mm)、α Al2O3粉(≤0.045 mm)、红柱石粉(≤0.076 mm)、Si粉(≤0.076 mm)、广西白泥等为原料,其主要的化学组成见表1。
表1 原料的化学组成Table 1 Chemical composition of starting materials
试验配比见表2。按表2精确称取原料,以纸浆废液为结合剂,按先骨料后细粉的顺序在混砂机混合15 min后,用600 t压砖机制得230 mm×115 mm×75 mm砖坯,于110℃烘干12 h,然后在电炉中于1 600℃保温4 h制得刚玉-莫来石砖。
表2 试验配比Table 2 Formulations of specimens
1.2 性能检测
采用动态感应抗渣法,将烧后的刚玉-莫来石砖切割制成40 mm×40 mm×230 mm的长条样,烘干后安置于动态感应抗渣炉转轴上。将10 kg生铁倒入感应炉石墨坩埚内升温至生铁完全熔化,缓慢加入约4 kg配制的高炉渣,继续加热至1 480℃并保温20 min,此时炉渣熔化且流动性良好。将条样移至坩埚上方预热烘烤约10 min后,将其置于流动渣中搅拌30 min后,将其提出水冷后取下样条。其中,高炉渣是将高纯的CaO粉、镁砂粉、Al2O3粉及石英粉分别按质量分数为50%、5%、30%、15%配制的,碱度为1.15;生铁的化学组成(w)为:Fe 92.3%,C 4.25%,Si 1.76%,Mn 0.68%,P 0.09%,S0.03%。
观察侵蚀后试样的外观形貌,计算侵蚀后试样的质量损失率,采用PHILIPS XL30型扫描电镜观察侵蚀前后试样的显微结构,评判抗高炉渣铁的侵蚀性和冲刷性。
按GB/T 6900—2016、GB/T 2997—2015、GB/T 5072—2008、GB/T 3002—2017、GB/T 5989—2008分别检测烧后试样的化学组成、显气孔率和体积密度、常温耐压强度、高温抗折强度(1 400℃保温0.5 h)、0.2 MPa下的荷重软化温度T0.6。
2 结果与讨论
2.1 理化指标
Si粉对试样理化性能的影响见表3。与未引入Si粉的试样CM相比,引入Si粉的试样NCM的显气孔率较低,体积密度较高,常温耐压强度提高了约30%,高温抗折强度提高了5.6倍。
表3 Si粉对试样理化性能的影响Table 3 Effect of Si powder on physical properties and chemical composition of specimens
图1为试样在1 400℃高温抗折强度试验时的载荷随时间的变化曲线。可见,试样CM在32 s时呈现明显的瞬时断裂;试样NCM继续被压缩至55 s时断裂,可推断变形量明显高于试样CM的,说明Si粉的引入使得材料表现出良好的高温韧性。
图1 1 400℃下试样高温抗折时的载荷随时间的变化曲线Fig.1 Strain curves of load vs.time of specimen under high temperature rupture at 1 400℃
2.2 抗渣铁侵蚀性
侵蚀前试样的显微结构见图2。可见,未加Si粉的试样CM气孔明显粗大且形状不规则;而引入Si粉的试样NCM烧结更加致密,气孔更加均匀细小。可见Si粉的引入可促进试样的烧结,降低显气孔率,提高致密度。
图2 侵蚀前试样的显微结构照片Fig.2 SEM photos of specimens before slag corrosion
动态感应抗渣铁侵蚀后,试样NCM的外貌更完整一些,试样CM渣铁结合处因冲刷产生了明显的侵蚀凹槽。试样CM 和NCM 的质量损失率分别为3.9%和2.3%,说明引入Si粉有助于改善材料的抗冲刷性能。
渣铁侵蚀后试样的显微结构照片见图3。由图3可以看出:试样CM侵蚀边缘凹凸不平,因为表面部分的基质被侵蚀掉,使得部分颗粒剥离进入渣铁中,并且渣铁渗透明显,晶间有大量的白色渣铁侵蚀。而试样NCM因结构致密,显气孔率低,气孔比较小,渣铁渗透程度较小。
图3 渣铁侵蚀后试样的显微结构照片Fig.3 SEM photos of specimen after iron slag corrosion
3 结论
在刚玉-莫来石砖中引入单质Si粉,可明显降低显气孔率,提高耐压强度,明显改善其高温韧性,明显改善抗渣铁侵蚀性和抗冲刷性。