尖晶石細粉對中包沖擊板性能的影響

孟祥宇 李志輝 辛永兵 徐崧銘 王眾孚 馬占乾

摘要：隨著鋼鐵冶煉連續澆鑄爐數的進一步提高以及對潔凈鋼需求的增加，中間包耐火材料逐步向堿性化方向發展，沖擊板也由高鋁質材料向耐火度更高、抗沖刷性能更強且不污染鋼水的鎂質材料發展。

關鍵詞：中間包;沖擊板;鎂質澆注料

1中間包沖擊板簡介

1.1中間包沖擊板作用

中間包沖擊板是安放于中間包內鋼包注流沖擊區的一種防湍流裝置，它能限制鋼包注流的沖積能，減輕注流對包底的直接沖蝕，同時減少鋼水飛濺，降低鋼水的湍流流動，防止卷渣，提高中間包鋼水流動的活塞流特征，減少死區和短路流等。圖1為中間包系統示意圖，其中中部黑色材料為沖擊板。

1.2中間包沖擊板用耐火材料的性能要求

根據沖擊板的使用環境及要求，其必須具備如下性能：

（1）耐熔渣和鋼水的沖刷;

（2）不污染鋼水;

（3）常溫、中溫、高溫均有一定強度;

（4）烘烤時無爆裂現象[1]。

2試驗原理

圖2為MgO-Al2O3系統相圖，系統中有一化合物鎂鋁尖晶石（MA）熔點2135℃。理論組成Al2O371.7%，MgO28.3%。其組成兩側有一個很寬的固溶區域，分別形成富鎂的尖晶石和富鋁的尖晶石。以MA為界，形成了MgO-MA、MA-Al2O3兩個分系統，其低共熔溫度分別為2050℃和1920℃，這說明MgO與Al2O3二元任何比例混合，開始出現液相溫度都高于1900℃，整個系統均為耐火性物質[2]。鋁尖晶石可以提高澆注料的燒后強度，降低氣孔率，還可以提高抗熱震性和耐磨性;另外，加入的鎂鋁尖晶石可作為晶種，促進了α-Al2O3微粉在鎂質澆注料中生成鎂鋁尖晶石。

3試驗及數據分析

以鎂砂和尖晶石為骨料，引入SiO2微粉和添加劑，制成8組配料試樣。對其分別進行110℃烘干、1100℃中溫熱處理、1550℃高溫熱處理，之后檢測各組試樣的抗折強度、耐壓強度、顯氣孔率、體積密度等各項性能指標，并制作柱狀圖進行分析。比如圖3為各組試樣耐壓強度試驗結果對比圖。

4分析結論

通過對8組試樣在各個性能指標上的比較分析，可以看出：

（1）試樣經過1100℃燒成后，4#樣的線變化最小，其次為6#、5#樣。1550℃燒后，仍然是4#樣最佳，線變化最小，其次為5#、1#樣。

（2）常溫的所有試樣中6#樣的抗折強度最好，其次為7#、8#樣;1100℃燒后，其中6#樣最佳，達到8MPa遠高于其他幾個試樣，其次是5#樣;在1550℃燒后的試樣中6#樣抗折強度遠高于其他幾個試樣，高達11MPa，1#、3#、7#樣強度相近，低于6#樣。

（3）常溫試樣的耐壓強度好于燒后試樣的耐壓強度;其中常溫的各組試樣中7#樣的耐壓強度為149MPa，略高于6#、5#、4#樣，1100℃燒后，耐壓強度較常溫比明顯下降，其中4#樣最高，其次為7#樣;1550℃燒后，其中5#樣最佳為85MPa，其次為6#樣。

（4）常溫顯氣孔率除了2#樣略高外，其余都在10%～11%之間變動。1100℃燒結后1#、 4#、7#樣最好，2#、3#、5#、6#次之，8#樣最小。1550℃燒結后，7#、8#樣較大，6#樣次之，2#樣最小。

（5）常溫2#樣體積密度最大， 6#樣體積密度較小。燒結后，無論是1100℃還是1550℃，6#樣的體積密度都有所增加，尤其是1550℃燒結后，體積密度增加很明顯。

（6）綜合各項指標，6#樣性能最優，即以SiO2微粉作為結合劑，其加入量為3%，尖晶石含量為6%時為最佳方案，滿足對中包沖擊板性能的要求。

參考文獻

[1]陸彩云，孫中強，陳敏，等.中間包沖擊板用鎂質澆注料的研究和試制[J].2009全國不定形耐火材料學術會議論文集.洛陽：中國金屬學會耐火材料分會，2009，158-159.

[2]陳樹江，田鳳仁，張蕓，等.相圖分析及應用[M].北京：冶金工業出版社，2007：132-135.

遼寧科技大學2021年大學生創新創業訓練計劃項目（編號X202110146001）。

作者簡介：

孟祥宇（1999-），男，吉林通化人，本科生，進行無機非金屬材料學習研究。

通訊作者：李志輝（1974-），男，黑龍江富裕人，碩士，高級工程師、副教授、高級實驗師，從事無機非金屬材料工程專業的教學與科研工作。