镁质浇注料中废旧镁碳砖颗粒加入量实验探讨

镁质浇注料具有抗碱性熔渣侵蚀性能好，不污染钢水等优点，在钢铁冶炼中应用广泛。但是自2017年开始市场原料严重紧缺,另一方面镁砂价格大幅上调,对耐火制品的生产造成很大的冲击,急需选择可替代原料。钢包废镁碳砖经拣选后,只使用未与钢水接触的部分，目的是利用保留了原来抗渣侵蚀性和抗渗透性的良好效果。基于以上原因,研究了废镁碳砖1~0mm颗粒等量代替96高纯镁砂1~0mm颗粒对镁质浇注料性能的影响。

试 验

1.1 原料

试验所用原料有：96高纯镁砂(8～5mm，5～3mm，3～1mm，1～0mm和≤0.074mm)，EK951u硅灰，废镁碳砖1～0mm颗粒、减水剂等。其部分原料的主要化学组成见表1。

表1 主要原料化学组成(w/%)

1.2 试验过程

按表2配料，干混均匀，并在搅拌机中加水进行搅拌均匀，振动浇注成型，试样尺寸为40mm×40mm×160mm，室温养护24h后脱模，然后在110℃烘箱干燥24h，分别经110℃×24h，1000℃×3h，1500℃×3h热处理。

表2 试样配比(w/%)

另取部分浇注料浇注成外部尺寸70mm×70mm×55mm、内孔尺寸Φ30mm×35mm的坩埚，经110℃干燥24h后，在坩埚孔中加入40g中间包渣，并在1500℃热处理3h后沿最大径切开，观察样块表观渣渗透情况。中间包钢渣主要成分见表3。

表3 中间包钢渣化学组成(w/%)

按照YB/T5201-1993测量干燥后、烧成后样条的抗折、耐压强度，按YB/T5200-1993测量干燥后、烧成后样条的显气孔率、体密，按照GB/T3002—1982测量经110℃干燥24h样条的高温抗折强度(1450℃保温1h，空气气氛)。抗渣样块经1500℃热处理3h后，切开并观察样块表观渣渗透情况。

结果与讨论

2.1加水量

从图1可以看出，随着废镁碳砖1～0mm颗粒加入量的增加，加水量也逐渐增多。一方面是因为镁碳砖在钢包中使用过程中，受高温作用，砖体内的碳等物质一部分会挥发出来，另一部分向钢水中扩散，留下气孔，体密下降，另一方面是因为镁碳砖中的碳等物质亲水性较差，造成镁碳砖颗粒不易在浇注料中分散，需要更多的水量来保证流动性。

图1 废镁碳砖加入量对试样加水量的影响图

2.2 体积密度和显气孔率

经过热处理后试样的体密和显气孔率随废镁碳从图2(a)中可以看出，随着废镁碳砖1～0mm颗粒加入量的增加，经过不同温度处理后的体密均逐渐减小。一是由于废镁碳砖1～0mm颗粒的体密小于被替代的镁砂1～0mm颗粒(因为废镁碳砖是在高温作用后，碳源等物质挥发、减少，造成质量损失);二是因为加水量逐渐增大，经热处理后，自由水挥发，质量损失增大;三是因为随着废镁碳砖的加入量增加，间接引入的碳源也逐渐增大，在1000℃×3h、1500℃×3h热处理后，碳源被氧化挥发，质量损失也会随之增大，导致体密降低。而试样的显气孔率变化趋势则与体密是相反的，如图2(b)。

图2 废镁碳砖1～0mm颗粒加入量对试样体积密度、显气孔率的影响图

在高温条件下试样收缩，气孔遭挤压，使得在相同废镁碳砖加入量的条件下，1500℃×3h热处理后比1000℃×3h处理后的体密要大。在废镁碳砖加入量超过8%后，体密都有一个急剧下降的趋势。

2.3 线变化率

从图3中可以看出：经1000℃×3h和1500℃×3h热处理后，试样均逐渐膨胀，在超过8%后，膨胀率增长较快。由于废镁碳砖中还有未反应的金属Si，C等，在1000℃×3h和1500℃×3h处理的过程中，伴随的反应有：Si+O2=SiO2;C+Si=SiC;2MgO+SiO2=2MgO·SiO2，以上反应都会使试样发生膨胀。

图3 废镁碳砖1～0mm颗粒加入量对线变化率的影响图

2.4 常温强度

从图4(a)和图4(b)中可以看出，试样的抗折强度和耐压强度均随着废镁碳砖1～0mm颗粒加入量的增大而逐渐减小。这是因为加水量逐渐增多，气孔率变大，体密变小，使得强度变小;另外经1500℃×3h处理后，因为间接引入的碳源逐渐增加，试样的烧结程度逐渐变差，使得处理后的强度降低。

图4 废镁碳砖1～0mm颗粒加入量对浇注料常温强度的影响图

2.5 高温抗折强度

图5中可以看出1450℃×1h处理过程中，随着废镁碳砖1～0mm颗粒加入量的增加，试样的高温热抗折强度逐渐减小，加入量超过8%时下降较快。

图5废镁碳砖1～0 mm颗粒加入量对高温热抗折强度的影响图

2.6 抗渣渗透性能

从图6中可以看出随着废镁碳砖1～0mm颗粒加入量的增加，试样的抗渣渗透性能先增强，后减弱。当加入量达到8%时，试样的抗渣渗透性能明显改善;在加入量为12%时最佳;超过12%后有所减弱。这是因为废镁碳砖保留了原来的优良抗渣性能，但是加入量过多，加水量也随着增大，导致气孔率逐渐增大，抗渣渗透性能下降。

图6 废镁碳砖1～0mm颗粒加入量对试样抗渣渗透性能影响图

结 论

随着废镁碳砖1～0mm颗粒加入量的增加、试样的体密，常温抗折、耐压强度、1450℃×1h高温热抗折强度等指标逐渐减小，气孔率、线变化率逐渐增大，抗渣渗透性能先增强，后减弱。为降低制品成本，同时保证浇注料的正常使用，废镁碳砖的加入量可以达到8%。

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