李洪波 陳奇 趙繼增

(1.洛陽(yáng)利爾耐火材料有限公司; 2.華東理工大學(xué))

脫硫槍用莫來(lái)石—?jiǎng)傆駶沧⒘狭鲃?dòng)性的研究

李洪波1陳奇2趙繼增1

(1.洛陽(yáng)利爾耐火材料有限公司; 2.華東理工大學(xué))

以天然莫來(lái)石、電熔莫來(lái)石、剛玉粉為主要原料,研究了粒度級(jí)配、微粉種類和加入量、減水劑種類和加入量的對(duì)脫硫槍用莫來(lái)石—?jiǎng)傆駶沧⒘狭鲃?dòng)性的影響:先研究硅微粉加入量分別為 2%、3%、4%、5%對(duì)澆注料流動(dòng)性的影響;然后將硅微粉加入量固定為 2%或 3%,研究α-Al2O3微粉加入量分別為 0、2%、4%、6%時(shí)對(duì)澆注料的流動(dòng)性影響;最后研究三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、S M、FDN四種減水劑對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性的影響,三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的加入量分別選取 0.1%、0.15%、0.2%、0.25%,S M加入量選取 0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,FDN的加入量選取 0.1%、0.15%、0.2%、0.25%。試驗(yàn)結(jié)果表明:硅微粉對(duì)流動(dòng)性的改善作用優(yōu)于氧化鋁微粉,但二者共用時(shí)對(duì)流動(dòng)性的改善作用比單用硅微粉更好,此時(shí)最適宜的加入量為硅微粉%、氧化鋁微粉 2%;本試驗(yàn)中最適宜的減水劑是六偏磷酸鈉,最佳加入量為 0.15%。

莫來(lái)石—?jiǎng)傆駶沧⒘?硅微粉 氧化鋁微粉 減水劑 流動(dòng)性

0 前言

隨著人們對(duì)鋼材質(zhì)量要求的日益提高,鐵水的除雜工作愈來(lái)愈得以重視,脫硫槍的應(yīng)用也相應(yīng)增多。目前,脫硫槍用耐火材料有鎂鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、高鋁質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)、粘土質(zhì)、莫來(lái)石—?jiǎng)傆褓|(zhì)等[1-3]。由于脫硫槍澆注體部分為細(xì)長(zhǎng)型,其長(zhǎng)徑比可達(dá) 10倍以上,如果所用澆注料流動(dòng)性差,施工時(shí)很容易產(chǎn)生空洞,使整支脫硫槍成為廢品,降低生產(chǎn)效率的同時(shí)還會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。另外,脫硫槍用澆注料的施工流動(dòng)性還直接影響到澆注體部分的各項(xiàng)性能指標(biāo)和脫硫槍的使用壽命。本工作主要研究了脫硫槍用莫來(lái)石 -剛玉澆注料的流動(dòng)性。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

本試驗(yàn)所用原料主要為天然莫來(lái)石、電熔莫來(lái)石、剛玉粉、氧化鋁微粉、硅微粉、純鋁酸鈣水泥,它們的主要性能指標(biāo)見表 1。

1.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)采用 10～5 mm、5～3 mm、3～1 mm、1～0 mm、≤0.074 mm和微粉六個(gè)粒度級(jí)配。骨料部分粗、中顆粒采用天然莫來(lái)石,細(xì)顆粒采用電熔莫來(lái)石;基質(zhì)部分中硅微粉含量為 2%～5%,鋁微粉含量為 0～6%,純鋁酸鈣水泥含量為 2%～7%,其它部分為電熔莫來(lái)石和剛玉粉;減水劑加入量為0.1%～0.5%。骨料和基質(zhì)部分的質(zhì)量比為70∶30,每組配方配料 2.5 kg。在研究粒度級(jí)配對(duì)莫來(lái)石—?jiǎng)傆駶沧⒘狭鲃?dòng)性影響時(shí)僅對(duì)骨料部分的天然莫來(lái)石和電熔莫來(lái)石的加入量進(jìn)行調(diào)整,而不改變基質(zhì)中硅微粉、鋁微粉、水泥和剛玉粉的加入量。在研究微粉加入量對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性影響時(shí),隨著微粉加入量的變化相應(yīng)改變剛玉粉的加入量,而不改變其它原料的加入量;在研究減水劑加入量對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性影響時(shí),僅改變減水劑的種類和加入量。

表1 原料的主要理化性能

1.3 澆注料流動(dòng)性的測(cè)試方法

人們通常根據(jù) GB2419-81使用跳桌法測(cè)定澆注料振動(dòng) 30次后的流動(dòng)值。本試驗(yàn)為了反映澆注料的流動(dòng)性隨時(shí)間的變化情況,用跳桌法每振動(dòng) 30次作為一個(gè)振動(dòng)周期測(cè)試澆注料的流動(dòng)值,通過四個(gè)振動(dòng)周期的流動(dòng)值變化來(lái)反映澆注料的流動(dòng)性和流動(dòng)值的衰減速度。具體操作方法簡(jiǎn)述如下:首先將兩個(gè)金屬錐形漏斗模具 1安放在模具 2上方組合起來(lái) (如圖 1所示),置于一個(gè)表面非常光滑的振動(dòng)流動(dòng)臺(tái)上 (臺(tái)面刻有便于測(cè)量的對(duì)角線;振幅為 0.75 mm,余震時(shí)間小于 2 s);然后將攪拌好的澆注料分兩次填滿錐形模具 2,用一定尺寸的鋼棒搗實(shí)后移去模具 1,抹平上表面;移去模具 2,用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量各個(gè)振動(dòng)周期后兩個(gè)垂直相交的對(duì)角線方向上的泥料的鋪展直徑,并計(jì)算出平均值,作為其振動(dòng)流動(dòng)值。

圖1 測(cè)量澆注料流動(dòng)值的模具示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 粒度級(jí)配的研究

本試驗(yàn)依據(jù) Dinger-Funk方程式通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算得到顆粒粒度組成,同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況在計(jì)算出的粒度組成基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,得到有關(guān)流動(dòng)性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析討論。

q值直接反映顆粒級(jí)配中粗、中、細(xì)顆粒和微粉的含量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),q值在 0.28～0.3之間時(shí),澆注料可以具有低自流、高振動(dòng)流動(dòng)值。脫硫槍用莫來(lái)石 -剛玉澆注料施工方式為振動(dòng)成型,取 q值為 0.30?？紤]到基質(zhì)部分的原料不是段砂而是篩下料,q值取 0.32,并在計(jì)算的數(shù)值基礎(chǔ)上參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)值略加調(diào)整。本試驗(yàn)中各種粒度組成的質(zhì)量百分比數(shù)據(jù)見表 2。

表2 粒度級(jí)配試驗(yàn)方案w/%

其中方案 1是根據(jù)公式計(jì)算后并對(duì)基質(zhì)部分略加調(diào)整得出的粒度級(jí)配數(shù)據(jù),方案 2～4是根據(jù)方案1對(duì)粒度級(jí)配進(jìn)行調(diào)整后的數(shù)據(jù)。嚴(yán)格按表 2所示的粒度組成進(jìn)行配料,并加入適量的水?dāng)嚢柚梁鸵仔粤己脮r(shí),按前述試驗(yàn)方法測(cè)試流動(dòng)值。不同粒度級(jí)配方案對(duì)莫來(lái)石—?jiǎng)傆駶沧⒘狭鲃?dòng)性的影響結(jié)果如圖 2所示。由圖 2可以看出:按公式計(jì)算出的方案 1的流動(dòng)性最差,調(diào)整粒度組成后的方案 2和 3的流動(dòng)性明顯優(yōu)于方案 1。

圖2 不同粒度級(jí)配方案對(duì)莫來(lái)石—?jiǎng)傆駶沧⒘狭鲃?dòng)性的影響

分析認(rèn)為,公式推導(dǎo)過程中是依據(jù)顆粒的體積堆積進(jìn)行的,而在實(shí)際配料過程中是按質(zhì)量比進(jìn)行的。如果選用同一種原料配料,則計(jì)算出的粒度級(jí)配組成應(yīng)該是合適的;但如果配料過程中選用不同種原料,就應(yīng)該考慮不同種原料因體積密度不同所帶來(lái)的影響。本試驗(yàn)中粗顆粒選用天然莫來(lái)石原料,同其他幾種原料相比體積密度較小,按公式計(jì)算出的數(shù)據(jù)以質(zhì)量比配料時(shí)天然莫來(lái)石體積數(shù)就偏大,顆粒數(shù)量也就偏多,這種影響在中顆粒上表現(xiàn)的更加明顯些,導(dǎo)致中顆粒填滿大顆粒堆積的空隙后仍有剩余,達(dá)不到最緊密堆積。采取改善流動(dòng)性的措施有兩種:第一種是增加大顆粒數(shù)量,相應(yīng)減少中顆粒數(shù)量,使中顆粒剛好填充大顆粒的空隙;另一種是減少天然莫來(lái)石的質(zhì)量,增加其他材料的質(zhì)量,也就降低了粗顆粒形成的空隙數(shù)量,增加了用以填充的細(xì)顆粒的數(shù)量,但同時(shí)會(huì)增加原料成本。

本試驗(yàn)中從原材料成本方面考慮,采取了第一種改善流動(dòng)性的措施。方案 2通過增加 10～5 mm粒度顆粒的數(shù)量,減少 5～3 mm粒度顆粒的數(shù)量,流動(dòng)性比方案 1明顯改善;方案 3通過增加 5～3 mm粒度顆粒的數(shù)量,減少 3～1 mm粒度顆粒的數(shù)量,流動(dòng)性與方案 1相比也有明顯改善;方案 4在方案 3基礎(chǔ)上減少 5～3 mm粒度顆粒的數(shù)量,增加 3～1 mm粒度顆粒的數(shù)量后,流動(dòng)性比方案 3明顯下降,這也進(jìn)一步證明粒度級(jí)配調(diào)整方案的正確性。

試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),第一個(gè)振動(dòng)周期結(jié)束后,方案 1的流動(dòng)性略優(yōu)于方案 4,但隨著振動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng),方案1的流動(dòng)性變得不如方案 4。仔細(xì)觀察振動(dòng)后期的泥料,發(fā)現(xiàn)方案 1存在少量大顆粒相互接觸的現(xiàn)象。分析認(rèn)為:由于方案 1中大顆粒相對(duì)較多,隨著振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng),泥料高度下降,部分大顆粒間互相接觸形成橋架,影響了材料的流動(dòng)性,因而,隨著振動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng),方案 4的流動(dòng)性由不如方案 1變?yōu)閮?yōu)于方案 1。在實(shí)際應(yīng)用中,振動(dòng)時(shí)間一般較長(zhǎng),也就是說方案 4按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的流動(dòng)性不如方案 1,但由于其流動(dòng)值衰減慢,因而比方案 1更適應(yīng)于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。這就帶來(lái)一個(gè)新的課題,在研究澆注料流動(dòng)性的時(shí)候,不能單純依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)用跳桌法測(cè)量振動(dòng) 30次的流動(dòng)值來(lái)判斷澆注料流動(dòng)性,還要研究澆注料流動(dòng)值隨時(shí)間的變化,即流動(dòng)值的衰減速度。

2.2 微粉種類和加入量的影響

2.2.1 硅微粉加入量的影響

根據(jù)前述粒度級(jí)配對(duì)流動(dòng)性影響的試驗(yàn),在第3種方案基礎(chǔ)上研究在不含氧化鋁微粉的條件下,硅微粉加入量對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖 3所示。圖中編號(hào) S1、S2、S3、S4的硅微粉加入量分別為 2%、3%、4%、5%。

由圖 3可知,隨著硅微粉加入量的增加,莫來(lái)石

圖3 硅微粉加入量對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性影響

-剛玉澆注料的流動(dòng)值先增加后減小,硅微粉加入量為 4%時(shí),流動(dòng)性最好。分析認(rèn)為:硅微粉加入量不足時(shí),無(wú)法完全填充澆注料堆積后形成的孔隙,不能達(dá)到充分有效減水的目的,流動(dòng)性就差;而硅微粉加入量過大時(shí),多余的硅微粉就要吸收更多的水,另一方面,多余的硅微粉也會(huì)因團(tuán)聚而使?jié)沧⒘险扯仍黾?引起流動(dòng)性下降。

另外,由圖 3可知,第一個(gè)振動(dòng)周期結(jié)束后,S4的流動(dòng)性優(yōu)于 S2,但在第二個(gè)振動(dòng)周期結(jié)束后,S4的流動(dòng)性變?yōu)楸?S2差,隨著振動(dòng)周期的增加,S4的流動(dòng)性和 S2相比越來(lái)越差。分析認(rèn)為:硅微粉過量時(shí),因微粉團(tuán)聚,致使?jié)沧⒘险扯仍黾?從而引起流動(dòng)值衰減過快,澆注料流動(dòng)性變差。

2.2.2 α-Al2O3微粉加入量的影響

將硅微粉的加入量固定為 2%和 3%,研究不同的α-Al2O3微粉加入量對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性的影響。圖 4(a)中硅微粉加入量為 2%,編號(hào) A1、A2、A3、A4的α-Al2O3微粉的加入量分別為 0、2%、4%、6%;圖 4(b)中硅微粉加入量為 3%,編號(hào) A5、A6、A7、A8的α-Al2O3微粉的加入量分別為 0、2%、4%、6%。

圖4 α-Al2O3微粉加入量對(duì)澆注料流動(dòng)性的影響

由圖 4可知,當(dāng)硅微粉加入量為 2%,α-Al2O3微粉加入量在 0%～6%范圍內(nèi)增加時(shí),流動(dòng)性逐漸變好,α-Al2O3微粉加入量為 6%時(shí)可獲得最好的流動(dòng)性;當(dāng)硅微粉加入量為 3%,α-Al2O3微粉加入量在 0%～6%范圍內(nèi)增加時(shí),流動(dòng)性先變好后變差,α-Al2O3微粉加入量為 2%時(shí)可獲得最好的流動(dòng)性。對(duì)比圖 4(a)和 (b)可知,當(dāng)硅微粉加入量為2%,α-Al2O3微粉加入量達(dá)到 6%時(shí),流動(dòng)性仍不如只加入 3%硅微粉而不加鋁微粉的試樣 A5,說明氧化鋁微粉對(duì)改善澆注料流動(dòng)性的作用效果遠(yuǎn)不如硅微粉明顯。

對(duì)比圖 3和圖 4可知,硅微粉加入量為 4%的試樣 S3的流動(dòng)性不如硅微粉加入量為 3%、氧化鋁微粉加入量為 2%的試樣A6。說明硅微粉和氧化鋁微粉共用時(shí)對(duì)流動(dòng)性的改善效果要優(yōu)于單用硅微粉。

分析認(rèn)為:活性α-Al2O3微粉多為經(jīng)過研磨加工的細(xì)小晶態(tài)微粒,填充孔隙的作用遠(yuǎn)不如呈球形中空顆粒狀的無(wú)定形態(tài) SiO2。另外,本試驗(yàn)中選用的α-Al2O3微粉顆粒中位徑在 2μm左右,同平均粒徑 0.15μm左右的活性硅微粉相比大得多,填充孔隙、改善流動(dòng)性的效果也就較差。然而,單獨(dú)使用硅微粉時(shí),填充在稍大孔隙的內(nèi)的硅微粉會(huì)存在團(tuán)聚而影響澆注料流動(dòng)性;當(dāng)二者合用時(shí),粒度稍大的氧化鋁微粉可以填充稍大的孔隙,硅微粉填充稍小的孔隙,同時(shí),氧化鋁微粉顆粒形成的孔隙又可被硅微粉填充,澆注料的流動(dòng)性會(huì)大大改善。

2.3 減水劑種類和加入量研究

三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、S M、FDN四種減水劑及加入量對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性的影響結(jié)果如圖 5所示。圖 5中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表四個(gè)振動(dòng)周期結(jié)束后測(cè)定的流動(dòng)值;J10、J15、J20、J25分別代表三聚磷酸鈉加入量為 0.1%、0.15%、0.2%、0.25%;P10、P15、P20、P25分別代表六偏磷酸鈉加入量為 0.1%、0.15%、0.2%、0.25%;S20、S30、S40、S50分別代表 S M加入量為 0.2%、0.3%、0.4%、0.5%;F10、F15、F20、F25分別代表 FDN加入量為 0.1%、0.15%、0.2%、0.25%。

圖5 減水劑種類和加入量對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性影響

由圖 5可知,三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和 FDN加入量在 0.1%～0.25%內(nèi)逐漸增加時(shí),莫來(lái)石 -剛玉澆注料的流動(dòng)性均是先變好,后變差,最佳加入量均為 0.15%;S M加入量在 0.2%～0.5%內(nèi)逐漸增加時(shí),澆注料的流動(dòng)性是先變好后變差,最佳加入量為 0.3%。

由圖 5還可以看出,無(wú)機(jī)減水劑三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性的改善效果優(yōu)于有機(jī)減水劑 S M和 FDN,更適合用作莫來(lái)石 -剛玉澆注料的減水劑。本試驗(yàn)中六偏磷酸鈉是莫來(lái)石 -剛玉澆注料最適宜的減水劑,最佳加入量為 0.15%。

2.4 產(chǎn)品的理化性能指標(biāo)

按據(jù)方案 3中的粒度級(jí)配,加入 3%硅微粉、2%氧化鋁微粉、0.15%六偏磷酸鈉進(jìn)行配料,測(cè)得莫來(lái)石 -剛玉澆注料理化性能指標(biāo)典型值見表 3。

表3 澆注料理化性能指標(biāo)典型值

3 結(jié)論

1)由于原料體積密度不同,由公式計(jì)算出的粒度級(jí)配不一定最合適,需根據(jù)所用原料的實(shí)際情況圍繞公式進(jìn)行粒度級(jí)配調(diào)整,以得到最適宜的粒度級(jí)配。

2)硅微粉對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性的改善效果優(yōu)于氧化鋁微粉,單獨(dú)使用硅微粉時(shí),最適宜的加入量為 4%;二者共同使用時(shí)對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料流動(dòng)性改善效果優(yōu)于單獨(dú)使用硅微粉,最適宜的加入量為硅微粉 3%、氧化鋁微粉 2%。

3)無(wú)機(jī)減水劑對(duì)莫來(lái)石 -剛玉澆注料的減水效果優(yōu)于有機(jī)減水劑,最適宜的減水劑是六偏磷酸鈉,最佳加入量為 0.15%。

4)研究澆注料流動(dòng)性的時(shí)候,不能單純依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)用跳桌法測(cè)量振動(dòng) 30次的流動(dòng)值來(lái)判斷澆注料的流動(dòng)性,還要研究澆注料流動(dòng)值隨時(shí)間變化,即流動(dòng)值的衰減速度,才能更好地研究澆注料的流動(dòng)性。

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[3] 黃曉鵬,曲本蘭.BL-2耐火澆注料在寶鋼鐵水脫硫噴槍上的應(yīng)用[J].江蘇冶金,1990(5):53-54.

ESEARCH ON THE FLOWABI L ITY OF THEM ULL ITE-CORUNDUM CASTABLE FOR DESULFURIZING INJECTI ON LANCE

Li Hongbo1Chen Qi2Zhao Jizeng1

(1.Luoyang lirr refractories Co.,Ltd; 2.East China University of Science and Technology)

Mullite-corundum castable specimets for desulfurizing injection lance were prepared with rude mullite,fused mullite and corundum powder as staring materials,effect of the different granularities,addition of the different micropowder and the dispersant on flowability of the castble was studied:First,SiO2micropowder contents of 2%,3%,4%,5%was studied;Second,theα-Al2O3micropowder contents of 0%,2%,4%,6%was studied at the different SiO2micropowde contents of 2%,3%;At the last,the addition of the different dispersants such as P3or P6 contents 0.1%,0.15%,0.2%,0.25%,S M contents 0.2%,0.3%,0.4%,0.5%,FDN contents 0.1%,0.15%,0.2%,0.25%was studied.The result showed that SiO2micropowderwas better thanα-Al2O3micropowder on effect of flowability,blend of SiO2micropowder content 3%andα-Al2O3micropowder content 2%was the best one.In addition,the other conclusion was that the best dispersantwas P6 and the best contentwas 0.15%

Mullite-corundum castable SiO2micropowder α-Al2O3micropowder Dispersant Flowability

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:2009—10—29