干式料也称干混料、干式振捣料。它是一种可以在干燥状态下采用振动或捣打方法施工的不定形耐火材料。通常在材料中加入一种临时结合剂与助烧结剂,开始形成临时结合,最终形成陶瓷结合。按材质,干式料可分为刚玉质、硅质、硅铝质、镁质及镁钙质等。广泛应用于感应炉、铝熔炼炉、中间包以及炼钢电炉等设备上。施工时,将料放入模胆与永久层或炉壳之间的空间内,经振动捣实后使用。
干式料的工作原理在于如下三个方面。
(1)在施工完成后或者经过加热烘烤后,在热面要形成一定的结合并具有一定强度。这时可以脱去模具或者不脱去模具让钢模熔人加入的铁水或钢水中。
(2)在冶炼过程中,接触熔融金属或渣后,在高温的作用下能迅速形成有足够强度并具有一定抗渣及金属侵蚀及渗透的致密烧结层。而该致密层后面仍保持非烧结状态的松散层。随耐火炉衬被侵蚀,烧结层由内壁向外壁推进,松散层的厚度逐渐减薄。
(3)未烧结的松散层的作用有三方面:首先,一个炉役结束后,松散层仍处于非烧结状态,翻转炉子就能很容易使炉衬脱落;其次,有保温隔热作用,此作用不仅减少炉子的散热,而且可以降低松散层内的温度防止烧结;第三,要起防止金属渗透的作用。后二者是相互矛盾的,隔热要求堆积密度小,防渗透要求体积密度大。应根据实际情况权衡后确定其粒度组成。从上面的讨论中可以看到,除了材质外,结合剂及助烧结剂的选择及粒度组成对干式料来说是重要的。
1 刚玉、硅酸铝质与铝一镁质干式料
它们是广泛使用于感应炉的干式料。烧结温度主要取决于助烧结剂的种类与用量。它们所用料的颗粒尺寸在0—6 mm的范围内。在含氧化镁的料中,氧化镁可以用尖晶石或烧结镁砂的形式加入。利用原位生成尖晶石或者氧化铝固溶入尖晶石中产生的膨胀来抑制衬体的烧结收缩。
高铝及刚玉质干式料的主要原料有矾土与黏土熟料、烧结与电熔刚玉、棕刚玉等。助烧结剂有MgO、CaO、SiO2、TiO2与B2O3等。在刚玉质干式料中硼酐(B2O3)、硼酸及硼酸钠等是最常用的结合剂。B203在450—550℃的范围内熔化,使干式料获得一定的强度,但是,最终会形成熔点高达1950℃的9Al2O3·2B2O3,不影响其高温性能,因而它是刚玉质干式料中常用的结合剂。
2 碱性干式料
根据化学成分碱性干式料可分为镁质、镁铝质、镁钙质和镁钙铁质等。它们是以烧结或电熔镁砂、烧结或电熔尖晶石、镁钙砂或预合成的镁钙铁砂等为主要原料,添加助烧结剂而成。主要用于以下三个方面。
2.1 中间包用干式料
它是由镁砂、镁钙砂等为主要原料生产的。通常用热固性粉状酚醛树脂为低温结合剂。经带模烘烤至200~300"C后可获得足够的脱模强度。但是,由于酚醛树脂在烘烤过程中发出有害气体,因此,开始使用一些环境友好的无机结合剂。
中间包干式料的助烧结剂有硼酸盐、软质黏土、镁钙铁砂及铁鳞等。镁钙铁砂在1200~1300℃时即能有效地使镁砂烧结形成烧结层。同样,软质黏土也在1300℃左右促进镁砂烧结。随着温度进一步提高,最终形成以方镁石为主晶相,镁橄榄石、尖晶石及液相为基质相的烧结相。助烧结剂的量应严格控制,要保证在较短时间内在工作面附近形成厚度适当的烧结层,又不能使其背后的松散料有较高的烧结程度。
中间包干式料的粒度组成不一定要求达到最紧密堆积,但也要适当。通常,临界粒度在5 mm左右。配料中大于0.1 mm的颗粒的数量与小于0.1 mm的颗粒的质量之比在(60~65):(35~40)。施工时要保证颗粒分布均匀。干式中间包料中含有一定数量的CaO可以提高钢水的洁净度。但是当使用镁钙砂时应注意防止其水化。为了减少水化,可在料中引入一定数量的碳酸钙或生白云石。
2.2 电炉底用镁钙铁质碱性干式料
它是一种应用于电炉炉底的干式料。它主要是由烧结或电熔镁砂以及预合成的镁钙铁砂为原料制成的。后者的化学成分一般为:MgO 82%~85%,CaO 7%~9%,Fe203 6%~7%。其主要物相为方镁石、铁酸二钙和玻璃相。后者主要取决于Al203、SiO2等杂质含量。
杂质含量越多,镁钙铁砂中出现液相的温度越低,产生的液相量越大。通常,镁钙砂中液相出现的温度为1100~1200℃。它是一种助烧结剂,有利于形成烧结层。但是,若杂质含量过高,生成的液相量过大,使烧结层的厚度过厚(一般烧结层的厚度应控制在150~200 mm)。在电炉生产过程中,由于烧结层承受较大的温度波动,容易产生裂纹,导致钢水
渗入未烧结层中,使换炉底时拆底困难。严重时甚至会造成漏钢事故。另一方面液相过多,
造成抗侵蚀性下降,使炉底的使用寿命下降。因此,镁钙铁砂中Al203的含量一般小于0.5%,SiO2的含量应小于1.2%。同时,所使用的镁砂中的杂质也不应太大。高档镁砂可吸收Fe203生成固溶液体,但是,当杂质含量过多时,同样会产生过多的液相。
镁钙铁质干式料的粒度分布可按照Andreassen粒度方程确定。q值可取0.26~0.32之间;临界粒度可取7 mm。
电炉底干式料的厚度一般不小于450 mm,分层捣实,每层厚度为100~150 mm。在第一炉次冶炼前需在捣实后的料上盖上钢板,防止加废钢时破坏料层。第一炉冶炼时采用小电流逐渐熔化废钢,适当延长熔炼时问,并且不得吹氧,以保证干式料的上层有足够的时问利用钢液的热量烧结以形成一定厚度的烧结层。
2.3 感应炉用碱性干式料
在冶炼某些钢种时,工频感应炉使用碱性干式料。它是由纯度高的优质电熔或烧结镁砂与尖晶石为原料而得到的。其粒度组成可以用Andreassen方程确定,q值为0.26~0.32,临界粒度5—7 mm。
通常采用两种类型助烧结剂。一类是低温型的,如硼酸与硼酸盐类。B2O3与MgO生成了3MgO·B2O3的熔化温度为1358℃。再加上其他杂质存在,这种结合剂在1200℃左右即可促进烧结层的形成。但由于B2O3是有害杂质,对镁质材料的高温性能及抗侵蚀性产生有害影响。加入量应严格控制,一般在1%以下。另一类高温促烧结剂以Al2O3粉为主,要求它们有较高的反应活性。通常加人Al2O3细粉或氧化铝微粉。在1200℃左右,它们与反应生成尖晶石。最后在1600℃形成烧结层。
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