全部商品分类
当前位置 >
首页 >
知识分享 >
颗粒级配对弥散型刚玉质透气砖材料性能的影响
颗粒级配对弥散型刚玉质透气砖材料性能的影响
近年来，对优质钢和特种钢需求量急剧增加，对炉外精炼技术提出了更高的要求。钢包透气砖是炉外精炼的关键功能元件，利用透气砖向钢水中通入气体，可促使夹杂物上浮，实现有效去除，加速冶金反应进行，起洁净钢水和提高钢质量的作用。钢包透气砖按结构可分为直通孔型、狭缝型、弥散型和复合型。与狭缝型相比，弥散型透气砖具有吹通率高，使用安全，有效避免狭缝夹钢、砖芯断裂等优点;且在使用过程中产生大量的弥散小气泡，更易捕捉钢液中的夹杂物，提高了除杂效果，使钢水成分和温度更加均匀，有利于洁净钢和品种钢的冶炼。但弥散型透气砖的显气孔率较高(25%～30%)，气孔尺寸较大，导致其强度较低和抗冲刷能力差，限制了其应用。目前，弥散型透气砖主要采用颗粒堆积成孔，因此，优化气孔结构，开发出透气性好，强度高的弥散型透气砖仍是研究的热点。为此，在本工作中研究了颗粒级配对弥散型透气砖材料性能的影响，期望获得具有透气性好和性能优良的材料，为弥散型透气砖的开发提供技术指导。 采用电熔白刚玉颗粒(1.25～1、0.5～0.3、0.2～0.09 mm,w(Al2O3)=99%,w(Na2O)=0.32%)为骨料，以广西白泥(w(Al2O3)=34.56%,w(SiO2)=49.86%,<74μm)、氧化铝微粉(w(Al2O3)=99.2%,<5μm)、氧化铬微粉(w(Cr2O3)>98.5%,<10μm)为细粉。具体配料组成见表1。
按比例称取原料混合1 min后，加水搅拌3 min混合成泥料，在50 MPa压力下压制成尺寸为25 mm×25 mm×150 mm和50mm×50mm的坯体试样。室温自然干燥8 h后再将坯体在110℃干燥24 h，最后经1 650℃保温3 h烧成。 分别按照GB/T 5988—2007、GB/T 2997—2015、GB/T 3001—2007和GB/T 5072—2008测定烧后试样的线变化率、体积密度和显气孔率、常温抗折强度和耐压强度;按照GB/T 3002—2017测定试样在1 400℃保温0.5 h的高温抗折强度;按照GB/T 3000—2016测定试样的透气度。试样的抗热震性在1 100℃风冷循环3次测定其残余强度，计算强度保持率来评价其抗热震性;用SEM观察烧后试样的显微结构。 1 650℃烧后试样的体积密度、显气孔率、常温耐压强度和抗折强度如图1所示。
(1)固定小颗粒含量，随大颗粒含量增多，中颗粒含量减少，试样的显气孔率变大，体积密度变小，试样的常温抗折强度和耐压强度逐渐降低。试样S3显气孔率达到最大值，为27.18%，体积密度与之相反;此时试样的常温强度最小，为45.78 MPa，抗折强度为10.24 MPa。主要由于中颗粒含量降低，大颗粒含量升高时，颗粒堆积过程中大颗粒之间形成的孔隙增多;同时，小颗粒对孔隙的填充减少，减弱了细粉促烧结作用，造成颗粒间结合强度降低，最终导致试样显气孔率升高，体积密度和常温强度降低。 (2)增加小颗粒含量，降低大颗粒或中颗粒含量时，试样体积密度升高，显气孔率降低。试样S4显气孔率最低，体积密度和常温强度达到最大。主要归因于小颗粒的空隙填充和促烧结作用。 (3)减少小颗粒含量至0(试样S5—S6)而中颗粒含量较高时，试样体积密度降低，显气孔率升高。主要因为缺少小颗粒对孔隙的填充;中颗粒含量较高时，试样中颗粒之间形成的孔隙较多，因此孔隙数量增加，显气孔率升高。 图2示出了1 650℃保温3 h后试样经1 400℃保温0.5 h的高温抗折强度。由图2可知，当增加小颗粒含量时(试样S4)，高温抗折强度达到最大，为8.04 MPa。当缺少小颗粒的连接作用时，试样S5、S6高温抗折强度降低，而试样S5由于主要依靠大颗粒的堆积，颗粒堆积孔隙较大，颗粒之间结合程度降低，试样高温抗折强度最低，为5.74 MPa。
图3示出了1 100℃风冷3次后试样的残余抗折强度和抗折强度保持率。
由图3可知，改变大颗粒和中颗粒的加入量，随着大颗粒含量的增加，试样的残余抗折强度及抗折强度保持率逐渐增加。改变小颗粒含量时，试样抗热震性明显降低，其中，试样S4抗热震性最差，强度保持率为31.54%。主要由于大颗粒含量较高时，形成孔隙的孔径较大，中、小颗粒更多填充在孔隙内部。内部孔隙的存在缓解了热应力对试样的影响，提高了试样的抗热震性能。而当小颗粒含量增加时，试样致密程度提高，不利于试样的抗热震性能。试样S5、S6由于小颗粒的缺失，导致试样内部颗粒之间结合较差，试样抗热震性能降低。 图4示出了不同颗粒级配试样经1 650℃保温3 h后的透气度。由图4可知，固定小颗粒含量为10%(w)，改变大颗粒和中颗粒含量，试样透气度随大颗粒含量增加而升高，但变化幅度较小。试样S4的透气度最低，为0.64μm2。而当小颗粒加入量为0时(试样S5—S6)，由于缺少小颗粒对孔隙的填充，使得孔隙量增加，透气度明显上升，试样S6透气度最高，为1.65μm2。 以上结果表明，小颗粒的存在对透气度的影响较大。这主要由于小颗粒承担了颗粒之间的连接作用，过多小颗粒的存在易造成孔隙的堵塞，降低孔道的连通，使得试样透气度明显降低。 图4示出了不同颗粒级配试样经1 650℃保温3 h后的透气度。由图4可知，固定小颗粒含量为10%(w)，改变大颗粒和中颗粒含量，试样透气度随大颗粒含量增加而升高，但变化幅度较小。试样S4的透气度最低，为0.64μm2。而当小颗粒加入量为0时(试样S5—S6)，由于缺少小颗粒对孔隙的填充，使得孔隙量增加，透气度明显上升，试样S6透气度最高，为1.65μm2。 以上结果表明，小颗粒的存在对透气度的影响较大。这主要由于小颗粒承担了颗粒之间的连接作用，过多小颗粒的存在易造成孔隙的堵塞，降低孔道的连通，使得试样透气度明显降低。
图5为1 650℃保温3 h后不同颗粒级配试样的显微结构照片。
由图5(a)—图5(c)可以看出，随着大颗粒含量的增多，更多的中、小颗粒分布在大颗粒之间的间隙中，避免了小颗粒对中颗粒构成孔隙的填充，增加了孔隙含量(见图5中的黑色区域)，试样显气孔率升高。同时，孔隙的存在也降低了颗粒之间的结合，试样强度降低。试样S4由于过多的小颗粒存在，孔隙被小颗粒大量填充，降低了试样内部的孔隙率以及内部气孔之间的连通(见图5(d))。因此，试样的显气孔率和透气度明显降低，但强度提高。由图5(e)和图5(f)可以看出，小颗粒的缺失导致试样的孔隙含量及孔隙之间的连通率明显提高，使得试样的强度下降。当大颗粒含量较多时(试样S5)，中颗粒分布在大颗粒形成的孔隙内，一定程度上降低了孔隙含量以及连贯性，造成试样的透气度较低。而当中颗粒较多时(试样S6)，试样内部中颗粒堆积形成更多孔隙，有助于试样内部连通气孔的形成，因而提高了试样的透气度。 用Image pro软件对图5中孔隙(深颜色区)面积占比进行了分析，通过计算孔隙像素含量，将其与图片总像素相比得出孔隙面积占比(见图6)。由图6可以看出，随着小颗粒含量的增加，试样S4孔隙面积占比为最低(21.36%)。由于缺少小颗粒的存在，试样S6的孔隙面积占比最大(40.49%)。孔隙面积占比的规律与试样透气度规律一致，与试样的显气孔率基本吻合。
(1)随着中颗粒取代大颗粒量的增加，1 650℃烧后试样的显气孔率和透气度升高，体积密度、常温耐压强度和抗折强度、高温抗折强度和抗热震性均降低。
(2)随着小颗粒含量的增多，材料的显气孔率和透气度降低，体积密度、常温耐压强度、抗折强度以及高温抗折强度增加。 (3)在本试验中，综合考虑材料的强度、透气度时，最佳颗粒级配(w)为:1.25～1 mm的大颗粒为30%,0.5～0.3 mm的中颗粒为60%，细粉为10%。
易耐网公众号