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轉(zhuǎn)爐用水系大面修補(bǔ)料的研制
熱態(tài)修補(bǔ)料主要用于轉(zhuǎn)爐的裝料側(cè)、出鋼側(cè)和爐底，是延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐爐齡的必要材料。其施工方法一般有兩種：①投補(bǔ)。它是利用人力以投入的方式進(jìn)行施工;②大面積修補(bǔ)。即用轉(zhuǎn)爐操作臺(tái)上設(shè)置的裝料斗將其傾入爐內(nèi)，然后傾動(dòng)爐身，使受熱后具有一定流動(dòng)性的補(bǔ)爐料在要修補(bǔ)的爐襯上鋪展開來，通過一定時(shí)間的燒結(jié)，使其硬化產(chǎn)生一定強(qiáng)度，并和修補(bǔ)部位的砌體產(chǎn)生牢固的黏結(jié)。因此大面修補(bǔ)料要求具有良好的流動(dòng)性，足夠的施工時(shí)間，能快速燒結(jié)，黏結(jié)強(qiáng)度高等。
目前，轉(zhuǎn)爐大面修補(bǔ)料主要為碳結(jié)合鎂質(zhì)修補(bǔ)料，是以焦油、瀝青等為結(jié)合劑，在修補(bǔ)過程中產(chǎn)生大量的黑煙，對(duì)施工環(huán)境和工人身體健康造成較大危害;同時(shí)該補(bǔ)爐料燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響鋼廠生產(chǎn)節(jié)奏，降低了煉鋼效率。因此，開發(fā)轉(zhuǎn)爐用水系大面修補(bǔ)料，具有積極意義。本文論述了新研制的一種性能較好的環(huán)保型快速燒結(jié)轉(zhuǎn)爐用水系大面修補(bǔ)料，并進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用。
試驗(yàn)
1.1原料及試驗(yàn)方案
本試驗(yàn)所用的主要原料及化學(xué)組成列于表1。
表1 主要原料的化學(xué)組成
試驗(yàn)用主要原料為：粒度為5~3mm、3~1mm、1~0mm的96T電熔鎂砂;粒度W0.088mm的97電熔鎂砂;a-Al?O?微粉和鈦白粉;結(jié)合劑為Elkem公司95硅微粉;助燒劑分別為硼酸、硅酸鈉;緩凝劑采用檸檬酸;減水劑采用高效減水劑Z、六偏及添加劑K-1細(xì)粉。
1.2試驗(yàn)過程和性能檢測(cè)
按照表2設(shè)計(jì)好的配方配料10kg，混合均勻，再加水?dāng)嚢?min后，測(cè)常溫流動(dòng)值、高溫流動(dòng)值，然后將剩余泥料澆注成型為40mmx40mmx160mm的樣塊后，檢測(cè)黏結(jié)強(qiáng)度及其他物理性能。
表2 試樣配比
常溫流動(dòng)性：將上口內(nèi)徑為70mm、高60mm、下口內(nèi)徑為100mm的截錐圓模垂直放置于直徑為300mm的光滑鐵板上，將攪拌后的修補(bǔ)料裝入其中，然后垂直拔起截錐圓模，待修補(bǔ)料停止流動(dòng)后，以兩條相互垂直的直徑平均值衡量其常溫流動(dòng)性。
高溫流動(dòng)性：將攪拌后的修補(bǔ)料裝入下口內(nèi)徑為70mm、高60mm、上口內(nèi)徑為100mm的長(zhǎng)柄圓勺，迅速將修補(bǔ)料倒入在電爐中經(jīng)1100℃預(yù)熱的270mmx270mm的鐵槽中，經(jīng)1100℃保溫5min后取出冷卻，然后以兩條相互垂直的直徑平均值衡量其高溫流動(dòng)性。
黏結(jié)強(qiáng)度：(1)挑選出掛渣的鎂碳?xì)埓u，切割成40mmx40mmx80mm的樣塊，將其放入40mmx40mmx160mm三聯(lián)模的一端，另一端倒入攪拌后的修補(bǔ)料，測(cè)定其干燥后修補(bǔ)料與鎂碳?xì)埓u交接處的抗折強(qiáng)度。(2)將95鎂磚切割成40mmx40mmx65mm的樣塊，將其放入三聯(lián)模的兩端，中間倒入攪拌后的修補(bǔ)料，測(cè)定干燥后修補(bǔ)料與95鎂磚交接處的抗折強(qiáng)度，以上交接處的抗折強(qiáng)度定義為常溫黏結(jié)強(qiáng)度;經(jīng)高溫處理后所測(cè)得交接處的抗折強(qiáng)度定義為高溫黏結(jié)強(qiáng)度。
物理性能：攪拌后的泥料放入40mmx40mmX160mm模具中振動(dòng)成型，養(yǎng)護(hù)24h后脫模，繼續(xù)在空氣中養(yǎng)護(hù)24h然后在110T烘干24h，并分別于1100℃、1500℃熱處理并保溫3h，分別按照YB/T5200-2008、GB/T3001-2007、GB/T5027-2008、GB/T3002-2004測(cè)定體積密度、常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度。
結(jié)果與分析
2.1減水劑及緩凝劑的添加對(duì)修補(bǔ)料流動(dòng)性的影響
減水劑及緩凝劑的添加對(duì)修補(bǔ)料常溫流動(dòng)性、流動(dòng)值衰減性、高溫流動(dòng)性及中溫黏結(jié)強(qiáng)度的影響示于圖1。
圖1減水劑及緩凝劑的添加對(duì)修補(bǔ)料常溫流動(dòng)性、高溫流動(dòng)性、流動(dòng)值衰減性及中溫整結(jié)強(qiáng)度的影響
由圖1可知，單一釆用高效減水劑Z修補(bǔ)料的常溫流動(dòng)性過于優(yōu)越，但泥料易發(fā)生泌水現(xiàn)象，此現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致泥料流動(dòng)性衰減過快，影響修補(bǔ)料現(xiàn)場(chǎng)施工。當(dāng)釆用高效減水劑Z與六偏復(fù)合時(shí)，伴隨著流動(dòng)性下降，泌水現(xiàn)象消失，雖流動(dòng)性衰減稍有改善，但還是不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工。由圖1(a)和(b)可知，常溫流動(dòng)性與高溫流動(dòng)性規(guī)律是相同的。圖1(c)可見，隨著緩凝劑檸檬酸的引入，修補(bǔ)料流動(dòng)性稍有下降，流動(dòng)性衰減大幅度改善，30min內(nèi)流動(dòng)性幾乎無下降趨勢(shì)，可滿足現(xiàn)場(chǎng)施工。由圖1(d)可知，該修補(bǔ)料具有一定的黏結(jié)強(qiáng)度，所以在施工時(shí)并不需要擔(dān)心與轉(zhuǎn)爐大面無法黏結(jié)而導(dǎo)致脫落。由于檸檬酸是一種防水化添加劑，MgO粒子表面與混合水接觸后生成MgOH*離子群并隨后快速吸附檸檬酸鹽離子，生成了一種低溶解度的檸檬酸鎂保護(hù)層，所形成的薄膜阻止了氧化鎂的水化，從而起到緩凝的作用，改善澆注料的流變性和施工性能。
2.2 a-Al?O?粉、鈦白粉及K-1的添加對(duì)修補(bǔ)料流動(dòng)性和高溫抗折強(qiáng)度的影響
a-Al?O?微粉、鈦白粉及K-1的添加對(duì)修補(bǔ)料流動(dòng)性和高溫抗折強(qiáng)度的影響示于圖2。
圖2 a-Al?O?粉、鈦白粉及K-1的添加對(duì)修補(bǔ)料流動(dòng)性和高溫抗折強(qiáng)度的影響
由圖2可知，加入a-Al?O?，微粉修補(bǔ)料流動(dòng)性并未出現(xiàn)大幅度下降，高溫抗折強(qiáng)度也未達(dá)到要求值;加入鈦白粉修補(bǔ)料流動(dòng)性呈現(xiàn)下降趨勢(shì),且高溫抗折強(qiáng)度并未有所提高;a-Al?O?微粉與K-1復(fù)合使用時(shí)，其流動(dòng)值可滿足施工，且高溫抗折強(qiáng)度達(dá)到最高;而當(dāng)鈦白粉與K-1復(fù)合使用時(shí)，流動(dòng)值最低且高溫抗折強(qiáng)度也未有明顯提高。由于二氧化硅微粉的顆粒細(xì)小,表面自由能大，晶格缺陷多，活性大，在中高溫下較易與高鋁質(zhì)耐火材料中的氧化鋁發(fā)生莫來石化反應(yīng)，從而提高修補(bǔ)料的中高溫?zé)髲?qiáng)度;另一方面，加入a-Al?O?微粉，能起到填充作用，減少澆注料的顯氣孔率，使?jié)沧⒘现械慕Y(jié)構(gòu)缺陷減少，提高其抗侵蝕性能;加入的a-Al?O?微粉還可與修補(bǔ)料中MgO細(xì)粉反應(yīng)生成MA，并伴有一定的體積膨脹，使?jié)沧⒘系慕Y(jié)構(gòu)更加致密。在加入K-1后修補(bǔ)料的高溫抗折強(qiáng)度有所提高。
2.3 助燒結(jié)劑的添加對(duì)修補(bǔ)料流動(dòng)性和中溫抗折強(qiáng)度的影響
助燒結(jié)劑的添加對(duì)修補(bǔ)料流動(dòng)性和中溫抗折強(qiáng)度的影響示于圖3。
圖3 助燒結(jié)劑的添加對(duì)修補(bǔ)料流動(dòng)性和中溫抗折強(qiáng)度的影響
由圖3可知，加入氧化鐵紅粉對(duì)修補(bǔ)料流動(dòng)性及燒結(jié)性無負(fù)面影響，但對(duì)燒結(jié)性的提高較低;加入硼酸對(duì)修補(bǔ)料的流動(dòng)性無負(fù)面影響，但燒結(jié)性有大幅度提高;而加入硅酸鈉后雖然對(duì)修補(bǔ)料的燒結(jié)性有所提高，但是修補(bǔ)料的流動(dòng)性大幅度降低，無法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工。硼酸在相對(duì)低溫下有相變趨勢(shì)，可能產(chǎn)生富硼液相，從而提高修補(bǔ)料燒結(jié)反應(yīng)。無定型氧化硼沒有固定的熔點(diǎn)，在325℃時(shí)開始軟化，500℃全部成為液體。而且修補(bǔ)料組成中這種液相的存在可以幫助物質(zhì)更快的傳輸(擴(kuò)散)并誘導(dǎo)系統(tǒng)中其它組分更易發(fā)生相互作用，從而提高燒結(jié)。
工業(yè)應(yīng)用
綜合考慮各項(xiàng)性能，選擇6#方案，將制成的水系修補(bǔ)料在某鋼廠100t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，對(duì)前大面出現(xiàn)明顯凹坑部位進(jìn)行修補(bǔ)，每次補(bǔ)爐用2t修補(bǔ)料，燒結(jié)時(shí)間<30min，平均使用壽命達(dá)到45爐次以上。
結(jié)論
(1)加入檸檬酸，修補(bǔ)料的流動(dòng)衰減明顯得到改善，可提高泥料流變性，延緩凝結(jié)，減少施工時(shí)間。
(2)修補(bǔ)料中加入K-1后高溫抗折強(qiáng)度有明顯提高。
(3)助燒結(jié)劑的引入，可提高修補(bǔ)料的中溫抗折強(qiáng)度，而不影響修補(bǔ)料的施工性能。
實(shí)時(shí)匯聚核
心行業(yè)動(dòng)態(tài)
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實(shí)時(shí)匯聚核心行業(yè)動(dòng)態(tài)
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