鎂質(zhì)澆注料在中頻爐上的應(yīng)用

廠家：鎂質(zhì)澆注料在中頻爐上的應(yīng)用日期：：2020-01-23 瀏覽次數(shù)： 199

以中檔鎂砂為主要原料，硅微粉、三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉為結(jié)合劑，925高鋁水泥為固化劑，鉻微粉與—Al2O3微粉為澆注料的微粉原料，研究了結(jié)合劑種類(lèi)與加入量、微粉加入量與添加方式對(duì)鎂質(zhì)澆注料性能的影響。并介紹了鎂質(zhì)澆注料在0.5t中頻爐坩堝上的實(shí)際應(yīng)用效果。

中頻爐是冶煉合金的主要熔煉設(shè)備，早期的感應(yīng)爐坩堝是采用耐火磚進(jìn)行砌筑，由于磚砌坩堝整體性較差，磚縫侵蝕、滲漏問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，致使坩堝使用壽命較短，一般使用壽命為40爐左右；從改善坩堝的整體性出發(fā)，采用硅質(zhì)澆注料進(jìn)行坩堝的整體澆注，取得了良好的延長(zhǎng)坩堝使用壽命的效果，使坩堝使用壽命提高到70爐左右，然而，坩堝的侵蝕與滲透限制了坩堝壽命的進(jìn)一步提高；為此，從改善硅質(zhì)澆注料坩堝的抗侵蝕與滲透角度出發(fā)，研制與應(yīng)用了鎂鋁尖晶石質(zhì)澆注料，使坩堝的抗侵蝕與滲透能力得到了明顯改善，并使坩堝的使用壽命提高到130爐左右。經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)條件下中頻爐坩堝破損狀況的考察，發(fā)現(xiàn)在冶煉錳鐵合金時(shí)，坩堝侵蝕與滲透仍十分嚴(yán)重，時(shí)常導(dǎo)致感應(yīng)爐中上部坩堝出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)與應(yīng)用抗侵蝕與滲透能力優(yōu)良的鎂質(zhì)澆注料進(jìn)行坩堝整體澆注，以延長(zhǎng)坩堝使用壽命1,2。本文從改善鎂質(zhì)澆注料的結(jié)合強(qiáng)度、降低澆注料中雜質(zhì)含量與提高抗熱震性能等角度出發(fā)，選擇中檔鎂砂為主要原料，硅微粉、三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉為結(jié)合劑，925高鋁水泥為固化劑，鉻微粉與—Al2O3微粉為澆注料的微粉原料，開(kāi)展了中頻爐坩堝鎂質(zhì)澆注料的試驗(yàn)研究，并在0.5t中頻爐上進(jìn)行了坩堝.

按照原料易得、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的原則，選擇中檔鎂砂為鎂質(zhì)澆注料實(shí)驗(yàn)研究的主要材料，中檔鎂砂的MgO含量≥94%（質(zhì)量百分比）。選用磷酸鹽、硅微粉為結(jié)合劑，Al-80水泥為固化劑。選用的硅微粉有武鋼鐵合金廠生產(chǎn)的硅微粉和920U級(jí)埃肯硅微粉，相應(yīng)的SiO2含量分別為≥89%（質(zhì)量百分比）和≥92%（質(zhì)量百分比）。選用天津生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)鉻微粉與開(kāi)封特種耐火材料廠生產(chǎn)的—Al2O3微粉為修補(bǔ)料的微粉原料，其中，鉻微粉的Cr2O3含量≥95%（質(zhì)量百分比），—Al2O3微粉的Al2O3含量≥99%（質(zhì)量百分比）。微粉的加入方式有直接攪拌加入和與澆注料粉料共磨加入兩種方式。

從方便澆注施工與提高澆注體的抗熱震性能等方面考慮，確定實(shí)驗(yàn)的鎂質(zhì)修補(bǔ)料骨料的臨界粒度為20mm，骨料為不同粒度的中檔鎂砂，骨料與粉料的質(zhì)量比例約為7∶3，并添加了適量的有機(jī)纖維、金屬鋁粉復(fù)合防爆劑與復(fù)合減水分散劑。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的有關(guān)鎂質(zhì)澆注料中高鋁水泥加入量、添加微粉種類(lèi)與加入量對(duì)修補(bǔ)料性能的影響關(guān)系，同時(shí)，考慮到實(shí)驗(yàn)鎂質(zhì)修補(bǔ)料的生產(chǎn)成本，確定—Al2O3微粉的加入量為≤6%，鉻微粉的加入量≤3%。為了研究結(jié)合劑種類(lèi)、添加量和微粉添加量、添加方式對(duì)實(shí)驗(yàn)鎂質(zhì)修補(bǔ)料性能的影響，特設(shè)計(jì)了多個(gè)修補(bǔ)料配方進(jìn)行試驗(yàn)研究，其中磷酸鹽的加入量范圍為3%～6%，硅微粉加入量范圍為3C%～5C%。各種微粉的加入方式有直接攪拌加入和與澆注料粉料共磨加入兩種方式。

根據(jù)鎂質(zhì)澆注料實(shí)驗(yàn)配方的設(shè)計(jì)，采用選擇的原材料進(jìn)行修補(bǔ)料試樣的配制，并在40mm×40mm×160mm的金屬模具中振動(dòng)成型制備試樣，試樣經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)、110℃×24h干燥與不同溫度條件下熱處理后進(jìn)行相關(guān)性能檢測(cè)。具體檢測(cè)的項(xiàng)目有體積密度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等多項(xiàng)物理性能。

根據(jù)鎂質(zhì)澆注料實(shí)驗(yàn)配方的設(shè)計(jì)可見(jiàn)，各種配方中的骨料組成完全相同，區(qū)別在于澆注料粉料部分的添加微粉種類(lèi)和添加量以及添加方式、澆注料結(jié)合劑的種類(lèi)和添加量。根據(jù)各個(gè)實(shí)驗(yàn)配方試樣的性能檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，不同配方試樣的物理性能有明顯差距，充分說(shuō)明結(jié)合劑的種類(lèi)和添加量、微粉種類(lèi)和添加量以及添加方式對(duì)鎂質(zhì)澆注料性能的影響較大。通過(guò)澆注料配方組成與試樣性能檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析，可分析出各種因素的影響規(guī)律。

圖1、圖2是以磷酸鹽為結(jié)合劑、Al-80水泥為固化劑的四個(gè)配方試樣的性能檢測(cè)結(jié)果，隨著結(jié)合劑添加量的增大，110℃×24h烘干后澆注料試樣的抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，但在≤4%和≥5%的添加量范圍內(nèi)，隨結(jié)合劑添加量的增加試樣的抗壓強(qiáng)度增大幅度很小，而在4%～5%的范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度隨結(jié)合劑添加量的增加而急劇提高。對(duì)于經(jīng)1300℃熱處理后的試樣，結(jié)合劑添加量在≤4%和≥5%的范圍內(nèi)，試樣的抗壓強(qiáng)度隨結(jié)合劑的增加而呈微弱的下降趨勢(shì)，但抗壓強(qiáng)度隨結(jié)合劑添加量的增加而急劇提高。綜合可見(jiàn)，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)選擇的原材料與實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，磷酸鹽結(jié)合劑合理的添加量為4%～5%。

表1是以不同種類(lèi)、不同添加量的硅微粉為結(jié)合劑和以磷酸鹽、Al-80水泥為固化劑的澆注料力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果。由表1可見(jiàn)，硅微粉的種類(lèi)、加入方式、添加量以及固化劑種類(lèi)對(duì)試樣的力學(xué)性能影響較大。由1＃、2＃試樣和5＃、6＃試樣的檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，與硅微粉的直接攪拌加入方式相比，共磨加入方式能明顯改善澆注料的力學(xué)性能。由3＃、4＃試樣的檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，固化劑種類(lèi)對(duì)澆注料性能影響較大，并可看出磷酸鹽與Al-80水泥組成的復(fù)合固化劑具有明顯改善修補(bǔ)料性能的效果，而Al-80水泥則效果不明顯。由2＃、3＃試樣的檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，硅微粉添加量的提高未能提高澆注料的力學(xué)性能。由采用相同的加入方式而硅微粉來(lái)源不同的1＃、5＃和2＃、6＃試樣的檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，埃肯硅微粉與武鋼硅微粉相比，能明顯改善澆注料熱處理后的力學(xué)性能，并且添加埃肯硅微粉的澆注料抗壓強(qiáng)度隨試樣的熱處理溫度的提高而不斷增大。綜合可見(jiàn)，宜采用埃肯硅微粉作為鎂質(zhì)澆注料的結(jié)合劑，合適的添加量應(yīng)為3c%左右。

武鋼北湖農(nóng)場(chǎng)的鐵合金生產(chǎn)是采用0.5t中頻爐重熔工藝進(jìn)行的，中頻爐坩堝一直是采用鋁鎂尖晶石澆注料進(jìn)行整體澆注。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于爐渣和熔融金屬的滲透以及感應(yīng)爐間歇式工作引起的熱震，導(dǎo)致坩堝侵蝕變薄、結(jié)構(gòu)剝落與開(kāi)裂，最終因裂縫漏鋼而終止，致使新澆注坩堝的使用壽命較低，對(duì)于重熔溫度較低的合金種類(lèi)，其使用壽命一般為70~100爐，而對(duì)于重熔溫度較高的合金種類(lèi)，爐子使用壽命則僅有20~40爐，致使實(shí)際生產(chǎn)的耐火材料消耗高、生產(chǎn)效率低，嚴(yán)重制約了實(shí)際生產(chǎn)效益的發(fā)揮。針對(duì)這一實(shí)際問(wèn)題，并根據(jù)上述研究結(jié)果，選擇性能優(yōu)良的鎂質(zhì)澆注料在0.5t中頻爐上進(jìn)行了坩堝的整體澆注試驗(yàn)，具體配方是磷酸鹽結(jié)合劑含量為5%和表1中的5＃澆注料試樣配方，以利用鎂質(zhì)澆注料優(yōu)良的抗渣性能，達(dá)到延長(zhǎng)中頻爐的實(shí)際使用壽命的目的。具體澆注成型過(guò)程與原鎂鋁質(zhì)澆注料相同，澆注后進(jìn)行模內(nèi)養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)，此后，直接投入生產(chǎn)使用，并在第一爐的生產(chǎn)過(guò)程中，降低升溫階段的升溫速度，以便對(duì)整體澆注的坩堝進(jìn)行烘烤，從而提高了感應(yīng)爐的生產(chǎn)效率，節(jié)約了整體澆注坩堝烘烤能耗，說(shuō)明在鎂質(zhì)澆注料中添加復(fù)合防爆劑達(dá)到了預(yù)期的改善澆注料抗熱震性能的目的。由實(shí)際生產(chǎn)的使用壽命結(jié)果可見(jiàn)，采用鎂質(zhì)澆注料進(jìn)行坩堝整體澆注取得了良好的延長(zhǎng)使用壽命的效果，達(dá)到了預(yù)期的試驗(yàn)?zāi)康模渲校捎昧姿猁}結(jié)合的鎂質(zhì)澆注料整體坩堝在生產(chǎn)重熔溫度較高的合金時(shí)的使用壽命為50爐，而采用埃肯硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)澆注料整體坩堝在生產(chǎn)重熔溫度較高的合金時(shí)的使用壽命為70爐。實(shí)際試驗(yàn)后拆爐發(fā)現(xiàn)，澆注料存在嚴(yán)重的熔渣和熔融金屬滲透現(xiàn)象，其中采用磷酸鹽結(jié)合的澆注料滲透現(xiàn)象比硅微粉結(jié)合的澆注料嚴(yán)重，分析認(rèn)為，對(duì)于硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)澆注料，SiO2與MgO反應(yīng)后生成的高粘度液相物質(zhì)堵塞了澆注料爐襯中的氣孔38，從而降低了熔渣與熔融金屬的滲透。基于上述試驗(yàn)結(jié)果，在實(shí)際生產(chǎn)中，采用埃肯硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)澆注料取代鎂鋁尖晶石澆注料進(jìn)行0.5t中頻爐坩堝的整體澆注，并使感應(yīng)爐坩堝的實(shí)際使用壽命得到穩(wěn)步提高，取得了降低合金重熔生產(chǎn)成本與提高中頻爐生產(chǎn)能力的優(yōu)良效果。

根據(jù)上述磷酸鹽、硅微粉結(jié)合劑種類(lèi)與加入量以及微粉加入量、加入方式對(duì)鎂質(zhì)澆注料性能的影響研究結(jié)果以及鎂質(zhì)澆注料在0.5t中頻爐上的實(shí)際試驗(yàn)與應(yīng)用情況，可以得到如下結(jié)論：（1）對(duì)于本實(shí)驗(yàn)所采用的原料和實(shí)驗(yàn)研究范圍，磷酸鹽結(jié)合劑的合適添加量為4%～5%。（2）硅微粉的原料種類(lèi)對(duì)鎂質(zhì)澆注料的性能影響較大，因而在進(jìn)行原材料選擇時(shí)應(yīng)先做有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)研究，以確定合適的硅微粉原料。（3）對(duì)于本實(shí)驗(yàn)選擇的原材料，合適的硅微粉原料是920U級(jí)埃肯硅微粉，添加量為3c%左右。（4）硅微粉加入方式對(duì)鎂質(zhì)澆注料的性能影響較大，最好能選擇共磨方式加入。（5）對(duì)于所研究的硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)澆注料，采用磷酸鹽和Al-80水泥復(fù)合固化劑能改善澆注料的力學(xué)性能。（6）采用復(fù)合防爆劑能提高鎂質(zhì)澆注料的抗熱震性能。（7）研究的鎂質(zhì)澆注料能有效地延長(zhǎng)中頻爐澆注料坩堝的使用壽命。（8）采用硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)澆注料具有良好的抗?jié)B透性能，可以在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

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