M gO包裹CaO砂抗水化性能的研究

崔慶陽(yáng) 王宏聯(lián) 薛群虎 寇志奇 豐文祥李洪波

(1.洛陽(yáng)利爾耐火材料有限公司；2.西安建筑科技大學(xué))

M gO包裹CaO砂抗水化性能的研究

崔慶陽(yáng)1，2王宏聯(lián)2薛群虎2寇志奇1豐文祥1李洪波1

(1.洛陽(yáng)利爾耐火材料有限公司；2.西安建筑科技大學(xué))

以分析純 Ca(OH)2為原料，經(jīng)成型、煅燒后，將其破碎為2.5～5mm顆粒，制成 CaO砂，在其表面包裹電熔M gO細(xì)粉，分別于1500℃、1600℃×3 h燒后，在0.15mPa，125℃～128℃的水蒸汽壓下測(cè)其抗水化性。結(jié)果表明：M gO細(xì)粉包裹無(wú)添加劑 CaO砂表面的抗水化性優(yōu)于包裹含添加劑的 CaO砂；將含1.0％Fe2O3的電熔M gO細(xì)粉包裹無(wú)添加劑 CaO砂，經(jīng)1600℃×3 h燒后在 CaO砂表面制成厚度約為0.25mm的M gO薄膜，水化增重率從20.69％降至 8.10％。

CaO耐火材料mgO薄膜 抗水化性

0 前言

因 CaO耐火材料能有效去除鋼液中的 [S]、[P]、A l2O3和 SiO2等非金屬雜質(zhì)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)始使用 CaO耐火材料冶煉超純凈金屬、潔凈鋼等，因而在盛鋼桶、中間包及澆鑄系統(tǒng)等選用 CaO質(zhì)、M gO-CaO質(zhì)、CaO-ZrO2質(zhì)等耐火材料[1-2]。隨著工業(yè)發(fā)展的需要，CaO耐火材料將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而 CaO耐火材料在表現(xiàn)優(yōu)良性能的同時(shí)，易水化性是限制其應(yīng)用的主要因素，為提高CaO耐火材料的抗水化性，前人的研究主要采用引入添加劑方法[3-6]和表面處理[7-8]，但添加劑的加入，會(huì)降低 CaO的高溫性能，而表面處理也多局限于實(shí)驗(yàn)室條件下，難于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。筆者主要對(duì)表面覆蓋M gO薄膜包裹不同的 CaO砂抗水化性能進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)原料

以天津某公司生產(chǎn)的分析純 Ca(OH)2為實(shí)驗(yàn)原料，其純度≥95％；電熔鎂砂采用洛陽(yáng)某公司生產(chǎn)的97電熔鎂砂，其化學(xué)組成 (％)：M gO97.08％、S iO21.23％、CaO1.17％、Fe2O30.28％、A l2O30.10％、L.I.0.13％，并將其加工成≤0.055mm的細(xì)粉以備實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 CaO砂的制備

以分析純 Ca(OH)2為原料，引入少量添加劑后，于100mPa的壓力下壓制成Φ36mm×36mm的試樣，在110±5℃的條件下烘干至恒重后，于M oSi2電爐中1650℃×3 h燒成，將燒后試樣破碎，篩取2.5 mm～5mm顆粒，制成 CaO砂。

2.2 電熔M gO細(xì)粉包裹CaO砂的過(guò)程

首先將無(wú)水乙醇和酚醛樹(shù)脂以一定比例均勻混合，制成無(wú)水乙醇 -酚醛樹(shù)脂混合液；在電熔M gO細(xì)粉中引入不同量 (0、0.5％、1.0％、1.5％)的Fe2O3，混合均勻后包裹于 CaO砂的表面 (試樣配方見(jiàn)表1)，將其攪拌均勻。在燒杯中依次加入以下原料，其加料順序?yàn)椋篊aO砂→混合液→電熔M gO細(xì)粉，將其混合均勻，盡量使M gO將CaO砂包裹完全，于110±5℃的條件下烘干至恒重后，在M oSi2電爐中分別于1500℃×3 h、1600℃×3 h燒成。

表1 電熔MgO細(xì)粉包裹不同CaO砂的試樣編號(hào)

2.3 抗水化性能的測(cè)試

抗水化性能的測(cè)試采用高壓釜實(shí)驗(yàn)法。取20 ±0.05 g試樣于燒杯中，蓋上表面皿，置于高壓釜中做水化實(shí)驗(yàn)。使其在30min之內(nèi)達(dá)到0.15M Pa，并在0.15mPa，125℃～128℃水蒸汽壓下保持2 h后，將樣品置于110±5℃烘箱中烘干至恒重，稱(chēng)其質(zhì)量，以水化增重率的高低來(lái)衡量其抗水化性能的優(yōu)劣。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 MgO薄膜對(duì)CaO砂抗水化性能的影響

因M gO在較高溫度下容易達(dá)到燒結(jié)，約在1400℃就能達(dá)到死燒[9]，具有較好的抗水化性。采用電熔M gO細(xì)粉將CaO砂包裹，于1600℃×3 h下燒后，與表面未包裹電熔M gO細(xì)粉試樣水化增重率對(duì)比如圖1所示。

圖1 表面M gO薄膜及添加劑對(duì)CaO砂水化增重率的影響

由圖1可知，1600℃燒后的MC1抗水化性能最好，于0.15mPa，120℃的水蒸氣壓下保持2 h水化增重率僅為 8.10％；MC2次之；C2抗水化性較弱； C1的抗水化性最差，為20.69％。表明在 CaO砂表面包裹M gO薄膜能有效提高其抗水化性。

在無(wú)添加劑CaO砂表面包裹電熔M gO細(xì)粉后，于高溫下進(jìn)行煅燒，其表面的M gO重?zé)?，抗水化性?yōu)良，可適當(dāng)延緩內(nèi)部的 CaO砂的水化；M gO細(xì)粉包裹 CaO砂后，能夠堵塞其表面的氣孔，減少了材料與水蒸氣接觸的比表面積，有利于提高 CaO砂的抗水化性。

無(wú)添加劑 CaO砂表面存在較多的氣孔率，高溫下為M gO向CaO砂內(nèi)部的擴(kuò)散提供通道，使其交界處成為類(lèi)似M gO-CaO質(zhì)材料，可適當(dāng)降低因膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生層裂，使得M gO薄膜和內(nèi)部的CaO之間結(jié)合緊密；而含添加劑的 CaO試樣燒結(jié)程度較好，表面氣孔少，并且存在少量低熔物包裹在CaO晶粒的周?chē)?，CaO的活性較低，不利于mgO、CaO之間的擴(kuò)散，M gO薄膜和 CaO之間出現(xiàn)層裂，抗水化性較差。

3.2 Fe2O3及燒結(jié)溫度對(duì)M gO薄膜性能的影響

為了促進(jìn)CaO砂表面M gO晶粒的良好發(fā)育，使得薄膜盡可能致密化，在M gO細(xì)粉中引入少量的Fe2O3，隨著溫度的升高，會(huì)有少量鐵酸鎂生成，鐵酸鎂在方鎂石中的溶解度隨溫度的變化而變化，有助于方鎂石晶格的活化，從而有利于促進(jìn)M gO的燒結(jié)。

用含不同量 Fe2O3的電熔M gO細(xì)粉包裹無(wú)添加劑 CaO砂，經(jīng)1500℃、1600℃×3 h燒后，其抗水化性能測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

圖2 電熔M gO薄膜燒成溫度及添加劑對(duì)CaO砂水化增重率的影響

由圖2可知，在M gO細(xì)粉中引入少量的 Fe2O3，可促進(jìn)M gO的燒結(jié)，其引入量為1.0％時(shí)水化增重率均最低，表面M gO薄膜較為致密，能夠很好的保護(hù) CaO，以延緩其水化；但 Fe2O3引入量為1.5％時(shí)，水化增重率急劇上升，表明過(guò)量 Fe2O3的存在，伴隨有較大的體積效應(yīng)，使得薄膜變得疏松，M gO薄膜性能變差，從而不能很好的保護(hù)內(nèi)部的 CaO砂[10]。

CaO砂經(jīng)M gO細(xì)粉包裹后，經(jīng)1600℃燒后試樣的抗水化性較強(qiáng)，原因如下：一方面隨著溫度的升高，M gO能夠較好的燒結(jié)，晶粒長(zhǎng)大，結(jié)晶完全；另一方面M gO、CaO之間相互擴(kuò)散度會(huì)有所增加，避免了因膨脹系數(shù)的不同而引起的層裂[11]，使得 CaO砂的抗水化性能有所提高。

4 顯微分析及電子掃描線分析

M gO薄膜和 Cao接觸層處顯微結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖3可以看出，在M gO細(xì)粉包裹無(wú)添加劑CaO砂的交接層處沒(méi)有裂紋出現(xiàn)，結(jié)合較緊密，M gO結(jié)晶較大，約為10μm～

book=29,ebook=148用，外銷(xiāo)的鋼渣塊及鋼渣微粉產(chǎn)品都是建筑工程的終端消費(fèi)品，杜絕了二次加工產(chǎn)生二次排放的可能，徹底實(shí)現(xiàn)了鋼鐵渣的“零排放”。

在連鑄工藝控制上主要采取了如下措施：

1)拉速應(yīng)該與中包鋼水過(guò)熱度相匹配，并嚴(yán)格控制在2.2 m/m in～2.3 m/m in，盡量使拉速保持穩(wěn)定。

2)綜合 82B小方坯的內(nèi)部質(zhì)量穩(wěn)定及生產(chǎn)順行兩方面考慮，過(guò)熱度應(yīng)該控制在20℃～30℃，最高不能超過(guò)35℃。

3)在不改變二冷強(qiáng)度的情況下，通過(guò)優(yōu)化各區(qū)水量的分配，具體來(lái)說(shuō)降低0段水量，提高Ⅰ段水量，以減少鑄坯表面溫度的波動(dòng)。試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)

5 改進(jìn)效果

改進(jìn)措施實(shí)施前后鑄坯疏松、縮孔、偏析情況對(duì)比以及鑄坯低倍情況見(jiàn)表5，如圖3、圖4所示。

表5 改進(jìn)前后鑄坯低倍及偏析情況對(duì)比

圖3 改進(jìn)前后鑄坯偏析情況對(duì)比圖

圖4 工藝改進(jìn)前后鑄坯橫向低倍對(duì)比

由圖3可以看出，本澆次正常流別的連鑄坯各中心點(diǎn)碳偏析指數(shù)最高水平為1.15，平均為1.093；二冷配水優(yōu)化后的試驗(yàn)流連鑄坯各點(diǎn)碳偏析指數(shù)最高水平為1.11，平均為1.056；優(yōu)化后比優(yōu)化前中心縮孔級(jí)別降低40％；優(yōu)化前后的中心疏松級(jí)別相差不大。

從表5及圖4可以看出，在連鑄工序采取以上措施后，S W RH 82B鑄坯中心疏松、縮孔以及中心偏析都得到明顯的改善，為SWRH82B高線盤(pán)條實(shí)物質(zhì)量的提高奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié)語(yǔ)

安鋼大規(guī)格 (Φ12.5 mm)S WRH 82B盤(pán)條實(shí)物質(zhì)量明顯提高，2009年用戶拉拔脆斷質(zhì)量異議平均達(dá)到0.8起 /月，而2010年1～6月份，沒(méi)有發(fā)生一起該類(lèi)質(zhì)量異議，受到了用戶的肯定，提升了安鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)美譽(yù)度。

[1]魏軍，劉中柱，蔡開(kāi)科，等.煉鋼—精煉—連鑄工藝生產(chǎn)高碳鋼的質(zhì)量控制.煉鋼，2000(3)：46-51.

[2]李延生.連鑄坯缺陷的成因及防治對(duì)策.煉鋼，1998(3)：55-58.

[3]劉忠元，李建國(guó)，傅恒志.凝固速率對(duì)定向凝固合金 DZ22枝晶臂間距和枝晶偏析的影響.金屬學(xué)報(bào)，1995，31(7)：329-332.

[4]Lait J E，B rim acom be J k，W einberg F.Ironm aking Steel-m aking，1974(2)：90-92.

6 結(jié)論

1)實(shí)施鋼鐵渣高價(jià)值循環(huán)利用是安鋼發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的核心內(nèi)容之一，也是安鋼實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，提高持久競(jìng)爭(zhēng)力的重要舉措。

2)鋼鐵渣循環(huán)利用的基本原則是：除去有害成份→回收鐵資源→高附加值循環(huán)利用。

3)安鋼的高爐渣要借助“鐵前補(bǔ)齊”的機(jī)會(huì)，全部采用先進(jìn)的爐前水淬工藝 (如 INBA)生產(chǎn)高質(zhì)量的水淬渣。同時(shí)，安鋼應(yīng)盡早擠出建設(shè)用地，抓緊實(shí)施水渣微粉化利用工程，提高高爐渣的利用價(jià)值。

4)安鋼的鋼渣首先應(yīng)采用熱悶工藝除去有害成份，這也是解決鋼渣處理能力不足、用地短缺問(wèn)題，并支撐公司煉鋼產(chǎn)能充分發(fā)揮的必然選擇；其次要改造鋼渣加工生產(chǎn)線，引入磁選渣提純工藝，提高鋼渣中鐵資源回收率；最后要對(duì)鋼渣進(jìn)行微粉化深加工，提高鋼渣利用價(jià)值。

5)安鋼的高爐水渣和鋼渣微粉化利用工程應(yīng)建設(shè)在同一廠區(qū)內(nèi)，并按照生產(chǎn)鋼鐵渣雙摻復(fù)合粉的工藝要求統(tǒng)籌規(guī)劃和布局，進(jìn)一步提升安鋼鋼鐵渣產(chǎn)品的利用價(jià)值及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

7 參考文獻(xiàn)

[1]王紹文、梁富智、王紀(jì)曾編著.固體廢棄物資源化技術(shù)與應(yīng)用，北京.冶金工業(yè)出版社，2003：350-357.

[2]楊景玲、朱桂林、孫樹(shù)彬.我國(guó)鋼鐵渣資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).冶金環(huán)境保護(hù)，2009(6)：26-31.

RESEARCH ON HYDRAT ION RESISTANCE OF CaO CL INKER WRAPPED BYM gO

CuiQ ingyang1，2W ang Honglian2Xue Qunhu2Kou Zhiqi1FengW enxiang1L i Hongbo1
(1.Luoyang L i’er Group RefractoryM aterials Co.，L td；2.X i’an University of A rchitecture and Techno logy)

Choosing pure Ca(OH)2as rawmaterials，after sin tering at1600℃fo r3 hou rs and broken in to2.5 mm-5mm particles as CaO sand，and then coatedw ith fusedM gO，sintering at1500℃，1600℃×3 h respectively，then the hydration resistance weremeasured under the condition of0.15mPa，125℃ -128℃water vapo r p ressure.The resu lts showed that：the hydration resistance ofM gO coated is better than CaO sand w ithout additives is better than w ith additives； the CaO aggregatew ithout addictives，but coatedw ith fusedM gO w hichwasm ixedw ith1.0％Fe2O3sintered at the temperature of1600 fo r3 hou rs has the best hyd ration resistance，which growSthickness of about0.25mm film on the CaO surface，the rate of hyd ration live weight grow th descends from20.69％to 8.10％.

CaO refractorymgO film hyd ration resistance

：2010—7—22