尖晶石細(xì)粉對(duì)中包沖擊板性能的影響

孟祥宇 李志輝 辛永兵 徐崧銘 王眾孚 馬占乾

摘要：隨著鋼鐵冶煉連續(xù)澆鑄爐數(shù)的進(jìn)一步提高以及對(duì)潔凈鋼需求的增加，中間包耐火材料逐步向堿性化方向發(fā)展，沖擊板也由高鋁質(zhì)材料向耐火度更高、抗沖刷性能更強(qiáng)且不污染鋼水的鎂質(zhì)材料發(fā)展。

關(guān)鍵詞：中間包;沖擊板;鎂質(zhì)澆注料

1中間包沖擊板簡(jiǎn)介

1.1中間包沖擊板作用

中間包沖擊板是安放于中間包內(nèi)鋼包注流沖擊區(qū)的一種防湍流裝置，它能限制鋼包注流的沖積能，減輕注流對(duì)包底的直接沖蝕，同時(shí)減少鋼水飛濺，降低鋼水的湍流流動(dòng)，防止卷渣，提高中間包鋼水流動(dòng)的活塞流特征，減少死區(qū)和短路流等。圖1為中間包系統(tǒng)示意圖，其中中部黑色材料為沖擊板。

1.2中間包沖擊板用耐火材料的性能要求

根據(jù)沖擊板的使用環(huán)境及要求，其必須具備如下性能：

（1）耐熔渣和鋼水的沖刷;

（2）不污染鋼水;

（3）常溫、中溫、高溫均有一定強(qiáng)度;

（4）烘烤時(shí)無(wú)爆裂現(xiàn)象[1]。

2試驗(yàn)原理

圖2為MgO-Al2O3系統(tǒng)相圖，系統(tǒng)中有一化合物鎂鋁尖晶石（MA）熔點(diǎn)2135℃。理論組成Al2O371.7%，MgO28.3%。其組成兩側(cè)有一個(gè)很寬的固溶區(qū)域，分別形成富鎂的尖晶石和富鋁的尖晶石。以MA為界，形成了MgO-MA、MA-Al2O3兩個(gè)分系統(tǒng)，其低共熔溫度分別為2050℃和1920℃，這說(shuō)明MgO與Al2O3二元任何比例混合，開(kāi)始出現(xiàn)液相溫度都高于1900℃，整個(gè)系統(tǒng)均為耐火性物質(zhì)[2]。鋁尖晶石可以提高澆注料的燒后強(qiáng)度，降低氣孔率，還可以提高抗熱震性和耐磨性;另外，加入的鎂鋁尖晶石可作為晶種，促進(jìn)了α-Al2O3微粉在鎂質(zhì)澆注料中生成鎂鋁尖晶石。

3試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

以鎂砂和尖晶石為骨料，引入SiO2微粉和添加劑，制成8組配料試樣。對(duì)其分別進(jìn)行110℃烘干、1100℃中溫?zé)崽幚怼?550℃高溫?zé)崽幚?，之后檢測(cè)各組試樣的抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、顯氣孔率、體積密度等各項(xiàng)性能指標(biāo)，并制作柱狀圖進(jìn)行分析。比如圖3為各組試樣耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖。

4分析結(jié)論

通過(guò)對(duì)8組試樣在各個(gè)性能指標(biāo)上的比較分析，可以看出：

（1）試樣經(jīng)過(guò)1100℃燒成后，4#樣的線變化最小，其次為6#、5#樣。1550℃燒后，仍然是4#樣最佳，線變化最小，其次為5#、1#樣。

（2）常溫的所有試樣中6#樣的抗折強(qiáng)度最好，其次為7#、8#樣;1100℃燒后，其中6#樣最佳，達(dá)到8MPa遠(yuǎn)高于其他幾個(gè)試樣，其次是5#樣;在1550℃燒后的試樣中6#樣抗折強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其他幾個(gè)試樣，高達(dá)11MPa，1#、3#、7#樣強(qiáng)度相近，低于6#樣。

（3）常溫試樣的耐壓強(qiáng)度好于燒后試樣的耐壓強(qiáng)度;其中常溫的各組試樣中7#樣的耐壓強(qiáng)度為149MPa，略高于6#、5#、4#樣，1100℃燒后，耐壓強(qiáng)度較常溫比明顯下降，其中4#樣最高，其次為7#樣;1550℃燒后，其中5#樣最佳為85MPa，其次為6#樣。

（4）常溫顯氣孔率除了2#樣略高外，其余都在10%～11%之間變動(dòng)。1100℃燒結(jié)后1#、 4#、7#樣最好，2#、3#、5#、6#次之，8#樣最小。1550℃燒結(jié)后，7#、8#樣較大，6#樣次之，2#樣最小。

（5）常溫2#樣體積密度最大， 6#樣體積密度較小。燒結(jié)后，無(wú)論是1100℃還是1550℃，6#樣的體積密度都有所增加，尤其是1550℃燒結(jié)后，體積密度增加很明顯。

（6）綜合各項(xiàng)指標(biāo)，6#樣性能最優(yōu)，即以SiO2微粉作為結(jié)合劑，其加入量為3%，尖晶石含量為6%時(shí)為最佳方案，滿足對(duì)中包沖擊板性能的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]陸彩云，孫中強(qiáng)，陳敏，等.中間包沖擊板用鎂質(zhì)澆注料的研究和試制[J].2009全國(guó)不定形耐火材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.洛陽(yáng)：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)耐火材料分會(huì)，2009，158-159.

[2]陳樹(shù)江，田鳳仁，張蕓，等.相圖分析及應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007：132-135.

遼寧科技大學(xué)2021年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)X202110146001）。

作者簡(jiǎn)介：

孟祥宇（1999-），男，吉林通化人，本科生，進(jìn)行無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)習(xí)研究。

通訊作者：李志輝（1974-），男，黑龍江富裕人，碩士，高級(jí)工程師、副教授、高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的教學(xué)與科研工作。