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白刚玉微粉对铝镁浇注料性能的影响
白刚玉微粉对铝镁浇注料性能的影响
中间包挡渣墙，工作时受到熔渣侵蚀，钢液浸泡、钢水冲刷和急冷急热的间歇式热震破坏，易产生龟裂、剥落、熔渣渗透及倒塌，因此要求浇注料具有优异的抗渣性、抗热震性和较好的强度。浇主料中基质的好坏决定着材料的结构、强度、抗渣性、抗热震性等性能。白刚玉微粉由于熔点高，化学稳定性好，热震稳定性能好，因而被广泛应用于铝镁质体系及铝质体系浇注料中。但在实际生产过程中，白刚玉微粉运用于该2种体系中，经常会出现加水量高、流动性差、硬化时间快、强度差等异常情况，从而导致浇注料无法施工、挡渣墙脱模时断裂及使用寿命急剧下降。那么白刚玉微粉中的什么因素会产生这种异常现象。为此开展本试验工作，选用不同种类的白刚玉微粉对铝镁浇注料性能产生的影响。 本试验主要以山西阳泉特级矾土、电熔镁砂为骨料，基质主要为白刚玉微粉、硅微粉、活性α-氧化铝超微粉，外加少量减水剂。通过引入不同种类的白刚玉微粉，对铝镁浇注料试验结果的影响。主要原料理化指标见表1。
固定配料方案，分别引入不同种类白刚玉微粉，干混合3 min，加入适量的水均匀搅拌3 min，浇注成尺寸为160 mm×40 mm×40 mm和中心带有圆孔(上底直径30 mm，下底直径25 mm，高为35 mm)的尺寸为70 mm×70 mm×70 mm坩埚。室温下养护24 h脱模，经110℃烘干24 h后，分别在1500℃保温3 h和1600℃保温3 h热处理后，随炉冷却至室温，按YB/T5201.1试验方法分别检测烘干和热处理后试样的物理性能。另外再浇注成尺寸为230 mm×115 mm×65 mm的样块，检测抗热震性（1100℃水冷，以损坏时的次数来表征试样的抗热震性） 浇注料的理化性能见表2。可以看出：白刚玉微粉的pH值和灼减含量直接影响浇注料的物理性能。当pH值在6.5～7.5偏中性、灼减含量小于0.15%(w）时，试样加水量少、流动性好，体积密度就越高，常温和高温强度随之也增大。反之pH值小于6.5偏酸性、灼减含量大于0.15%(w）时，浇注料的各种物理性能均很差。据相关资料显示，白刚玉生产工艺一般有两种形式，一种是长弧氧化冶炼法（属于氧化反应），其杂质Na2O含量控制好后，此工艺生产的白刚玉性能较稳定。另一种为埋弧法（属于还原反应），制备工艺时，由于操作和精炼时间不合适，在熔炼时使Al2O3过还原而产生Al4C3；还有为除去Al2O3以外的杂质，会加入过量的C粉，高温熔炼时C粉易于与A1发生反应生成Al4C3。Al4C3遇水时发生水解反应，并释放出甲烷、CO气体，使白刚玉粉化率增高，并产生1.1倍的体积膨胀，从而引起浇注料粉化、裂纹等异常现象，因而Al4C3是刚玉中的有害杂质。实验分析表明：灼减含量越高时，则C含量越高，同时也意味着Al4C3杂质含量越高。
含有Al4C3杂质的白刚玉微粉加水制成泥浆后会有微小气泡产生，并引起泥浆体积膨胀。为此引用王德军、郁书中等的研究方法，测定白刚玉微粉浆体膨胀量的大小来确定Al4C3杂质含量。取400 mL水加入2 kg白刚玉微粉试样中，置于搅拌机中搅拌10 min。将搅和好的泥浆装入1000 mL的量桶中，静置18 h后测量其膨胀量。试验结果如图1所示。膨胀量%
随着浆体膨胀量的增大，表明白刚玉微粉中Al4C3杂质增加，浇注料的性能呈明显的下降趋势。其原因是Al4C3遇水发生水解反应时，CH4气体释放后会占用一部分浇注用水，用于润湿物料的自由水相应减少，从而使浇注料的加水量增加、流动性下降。同时Al4C3杂质含量高，在浇注料的硬化过程中Al4C3杂质产生膨胀并析出气体(CH4)，且该过程发生的较缓慢并持续的时间较长，使浇注料硬化后制品中含较多的气孔和微裂纹。因此当5#试样膨胀量达到55.6%时，浇注料的加水量增多，流动值明显下降，体积密度和强度急剧下降，试样表面还出现明显的裂纹。当3#、6#试样膨胀量为5.3%和0时，应该是长弧氧化冶炼法（氧化反应）工艺生产的白刚玉，其加水量少、流动性好、物理指标均为最佳，性能也较为稳定。 由图2可知，6#试样抗渣深度和渗透深度均为最低值，抗渣边沿也最为理想。而5#试样抗渣深度和渗透深度均为最高值，抗渣边沿也凹凸不平。其原因是随着白刚玉微粉中Al4C3杂质的增加，影响浇注料的流动性、提高加水量，使试样体积密度下降、气孔率增大，同时由Al4C3水解反应产生的气孔和微裂纹共同作用的结果，使试样的抗渣及抗渗透性能呈明显的下降趋势。
由表3、图3可知，6#试样经5次热震稳定性试验后，热损情况完好且残余耐压强度最高。而5#试样经3次热震稳定性试验后，就出现断裂而且没有任何强度。随着白刚玉微粉Al4C3杂质的增加，试样热损情况明显变差，残余耐压强度逐步变小。这是由于Al4C3杂质含量较少或不存在时，试样晶粒间结构结密，结合强度较强，平均粒径晶粒尺寸最小，烧结试样致密度较高，热震时裂纹的断裂方式为穿晶断裂，消耗了更多的断裂表面能，抵抗热应力的能力增强。
(1）白刚玉微粉的pH值和灼减含量对浇注料的影响很大。当pH值在6.5～7.5偏中性、灼减含量小于0.15%(w）时，试样加水量少、流动性好，体积密度就越高，常温和高温强度随之也增大。反之pH值小于6.5偏酸性、灼减含量大于0.15%(w）时，浇注料的物理性能均很差。
(2）灼减含量越高时，则C含量越高，同时也意味着Al4C3杂质含量越高。 (3）随着浆体膨胀量的增大，表明白刚玉微粉中Al4C3杂质增加，浇注料的性能呈明显的下降趋势。实验表明：试样膨胀量小于20%时，浇注料加水量少，流动性好，各物理指标均为最佳；试样膨胀量大于20%时，浇注料的加水量增多、流动值明显下降、体积密度和强度急剧下降。 (4）随着白刚玉微粉中Al4C3杂质的增加，试样的抗渣及抗渗透性能明显下降、热损情况变差、残余耐压强度逐步变小，热震性能也逐渐下降。
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