近年来,随着钢铁冶炼、有色冶炼、水泥窑等高温工业的发展,各国研究者研究开发了新品种的镁质浇注料,尤其在改进超微粉结合镁质浇注料的使用性能方面做了大量而有成效的工作,使得镁质浇注料得到了广泛的应用。镁质浇注料生产工艺相对简单,基本上是按照搅拌、成型、养护、脱模及烘干等工序进行。但在生产过程中经常会遇到一些问题,本文主要对镁质预制件(包括挡渣板、护墙板、冲击板等中间包预制件)生产过程中的常见问题及处理方法进行探讨。
浇注料在养护期间出现上涨及中空
镁质浇注料在养护期间偶尔会出现上涨及中空现象,上涨幅度一般为浇注料高度的0.5%~1.5%,而中空现象一般是伴随着浇注料的上涨而产生,空洞严重时直径可达200~300mm。通过长期的摸索,我们认为浇注料在养护期间出现上涨主要原因有以下两点:
(1)硅微粉的理化性能出现波动。通常耐火材料行业使用的硅微粉是生产金属硅及硅铁的副产品,具有填充性好、不团聚、显著降低浇注料搅拌加水量等优点,但当硅微粉的理化性能出现波动时会严重影响浇注料的性能。
(2)混料时金属铝粉没有混匀或加入量超标。金属铝粉为常用的浇注料用添加剂,其与水混合后发生放热反应,生成氢氧化铝凝胶并逸出氢气。其反应式如下:
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
当金属铝粉没有混匀或加入量超标时,容易产生过多气体,导致预制件的上涨及中空,严重时甚至会造成分层。
解决镁质预制件上涨及中空的常用方法如下:(1)精确配料并适当延长干搅拌和湿搅拌时间,使金属铝粉能够充分搅匀;(2)确保硅微粉性能的稳定,对出现团聚的硅微粉最好能过筛后再使用;(3)养护过程中先低温养护,待浇注料表面硬化后再转入高温养护。
浇注料在养护或烘烤后出现崩块
镁质浇注料在养护或烘烤后有时会出现白色斑点和崩块现象,以我公司为某钢厂生产的护墙板为例,经过养护脱模后护墙板表面上会出现6~8个直径为3~5mm的白色斑点。经过化学分析,造成这种现象的主要原因是使用的原材料镁砂(尤其是烧结镁砂)中钙含量超标。众所周知,CaO遇水后会发生水化反应,镁质浇注料烘烤后的白色斑点即为CaO的水化所致。CaO经水化反应会产生体积膨胀,导致浇注料在烘烤后出现崩块。轻微的崩块对中间包预制件的使用并无大的影响,只需修补即可正常使用。但崩块严重时往往伴随着裂纹产生,在预制件使用过程中造成质量隐患,甚至在浇钢时会产生质量事故。
解决镁质浇注料烘烤后出现崩块现象主要是要保证镁砂原料的理化指标合格。如为防止CaO含量超标,在必须使用镁砂时,建议将镁砂露天放置一段时间再使用。
浇注料烘烤后出现裂纹
烘烤后出现裂纹是镁质预制件在生产时遇到的最常见问题,其原因可归结于镁砂的水化。镁砂的水化过程如下:在浇注料的混合、养护及烘烤期间,MgO与水接触后会发生水化并形成下述水化产物:
MgO+H2O→Mg(OH)2 (2)
MgO+H2O+CO2→MgO+H2CO3→MgCO3+H2O (3)如浇注料中存在较多自由水时,可以产生由反应式(2)得到的氢氧化镁和水镁石晶体。形成水镁石能显著提高pH值,此时水中溶解了CO2,产生了H2CO3。H2CO3与MgO反应形成碳酸镁或菱镁矿,如反应式(3)所示。
两类水化途径具有相似效果,体积膨胀了2.5倍,严重的体积膨胀可能导致浇注料产生裂纹。因此对于镁质浇注料而言,制定合理的养护及烘烤制度,减轻镁砂的水化程度至关重要。
在镁质预制件的养护阶段,有研究表明,当养护温度低于50℃时,镁质浇注料形成水镁石的量少且速度慢。如果养护温度过高,则在较短时间内形成大量的水镁石,浇注料内部体积膨胀,产生应力进而形成裂纹。因此应严格控制镁质浇注料的养护温度。经实验验证,镁质浇注料在70℃下养护8h,其水化程度要高于50℃下养护20h的结果。
在镁质浇注料的烘烤阶段,由于MgO在90~100℃以上时水化速率明显加快,应根据烘烤设备的条件制定快速烘烤方案,使浇注体内的自由水尽可能快的排出。当然烘烤速率也不宜过快,以免浇注料内部水分蒸发过快,产生的蒸汽压大于浇注体表面抗张强度而产生裂纹。根据我们现场的试验,升温速率低于10℃·h-1时,挡渣墙预制件烘烤后裂纹严重;而当升温速率达到20℃·h-1时,产品烘烤后基本无裂纹。
由于部分镁中间包预制件厚度较薄(例如护墙板),在养护至烘烤现场倒运过程中如发生膨胀产生微裂纹,极有可能在烘烤后造成裂纹扩展导致产品报废。因此对于薄板类预制件,还应加强产品转移过程中的防护。
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