復(fù)合結(jié)合劑加入量對鎂鉻磚物理性能的影響

王明慧

（大石橋市震宇耐火材料有限公司，遼寧 營口 115000）

0 引言

鎂鉻磚是VOD 精煉爐的爐內(nèi)襯用磚和RH 法精煉設(shè)備的主要耐火材料。由于精煉鋼的工作條件十分苛刻，導(dǎo)致鎂鉻磚在使用過程中損毀十分嚴重，使用壽命較短，且國內(nèi)VOD 精煉爐的使用爐次遠不如國外，因此，有必要進一步提高鎂鉻磚的使用性能[1]。直接結(jié)合鎂鉻磚是固相晶粒間直接接觸產(chǎn)生的一種結(jié)合，以方鎂石和鎂鉻尖晶石為主晶相直接結(jié)合的耐火制品。本試驗是在直接結(jié)合鎂鉻磚為基質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過加入不同含量結(jié)合劑與相同比例紙漿混合而成的復(fù)合結(jié)合劑進行對比，來達到提高鎂鉻磚物理性能的目的。

1 試驗步驟

直接結(jié)合鎂鉻磚是以方鎂石和鎂鉻尖晶石為主晶相直接結(jié)合的耐火制品，以w（SiO2）≤2%的高純燒結(jié)鎂砂和鉻精礦為原料，通過高溫?zé)Y(jié)而成。為確保直接結(jié)合，必須提高燒成溫度。燒成溫度在1 500 ℃以下，燒成的鎂鉻磚實際上不存在直接結(jié)合，只有當(dāng)燒成溫度超過1 550 ℃以上時，直接結(jié)合才會增加。這就說明生產(chǎn)直接結(jié)合鎂鉻磚首要條件是在高溫或者超高溫的條件下燒成。但是，過高的燒成溫度也會造成這類鎂鉻磚變形倒垛而增加廢品[2]。而在制作工藝過程中成形和碼磚燒成階段，不可避免地會對制品的外觀產(chǎn)生一定的影響，比如掉角、飛邊等。因此，要選用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合劑使其在成形過程中能夠很好地將顆粒料和粉料有機結(jié)合在一起，讓產(chǎn)品很快定形，防止產(chǎn)品邊角疏松導(dǎo)致掉邊掉角，從而影響產(chǎn)品的外觀。

1.1 結(jié)合劑的選擇

結(jié)合劑是指將耐火粗顆粒料和粉料組成的散狀耐火材料膠結(jié)在一起的物質(zhì)，也稱“膠結(jié)劑”或“黏結(jié)劑”。用作耐火材料的結(jié)合劑，不僅要求具有較好的冷態(tài)和熱態(tài)結(jié)合強度，而且要求具有較好的施工(成形)性能和使用性能。本試驗采用天然有機結(jié)合劑，借助于如下物理作用而產(chǎn)生結(jié)合。

1）物理吸附作用：依靠分子間的相互作用力—范德華力而產(chǎn)生結(jié)合。

2）擴散作用：在物質(zhì)分子熱運動的作用下，黏結(jié)劑與被黏結(jié)物的分子發(fā)生相互擴散作用而形成擴散層，能夠很牢固地結(jié)合在一起。

3）靜電作用：黏結(jié)劑與被黏結(jié)物的界面存在著雙電層，由雙電層的靜電引力作用而產(chǎn)生結(jié)合[3]。

耐火材料結(jié)合劑的種類繁多，結(jié)合機理也不盡相同，因此，在實際生產(chǎn)與使用中應(yīng)根據(jù)耐火材料的材質(zhì)、成形（或施工）方法以及對材料使用性能的要求等來選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合劑。

對于機壓成形的燒成耐火制品應(yīng)當(dāng)選用暫時性結(jié)合劑，因此，本次試驗選用黃糊精為結(jié)合劑。黃糊精屬于水溶性暫時結(jié)合劑，加入材料中可以提高材料的黏性，并且在低溫下起到結(jié)合顆粒的作用。同時，加入黃糊精也可以有防止掉邊、掉角的作用。黃糊精的軟化點比較低，對產(chǎn)品的初期定形有極佳的效果，可以防止制品塌陷，保角保棱，提高鎂鉻磚的成形效率和坯體強度。

1.2 試驗制備

本次試驗采用高純燒結(jié)鎂砂和鉻精礦為原料，其含量指標(biāo)為：w（MgO）=61.24%、w（Cr2O3）=19.7%、w（CaO）=1.07%、w（Fe2O3）=11.04%、w（Al2O3）=5.58%、w（SiO2）=0.98%以及灼堿為0.39%。按工廠生產(chǎn)的直接結(jié)合鎂鉻磚的粒度組成配成0 號試樣，其中：高純燒結(jié)鎂砂和鉻精礦的粗顆粒（1～3 mm）質(zhì)量占比為50%，中顆粒（0～1 mm）質(zhì)量占比為20%，細粉（＜0.088 mm）質(zhì)量占比為30%。在此配料基礎(chǔ)上分別加入質(zhì)量配比為2.5%（1 號）、2%（2 號）和1.5%（3 號）的黃糊精，與相同比例的濃縮紙漿混合而成復(fù)合結(jié)合劑，黃糊精和濃縮紙漿配比如表1 所示。混勻后加壓成形制成磚坯，通過高溫?zé)Y(jié)形成直接結(jié)合鎂鉻磚。

表1 黃糊精和濃縮紙漿配比

制磚工藝：選用高純燒結(jié)鎂砂與鉻精礦的粗顆粒（1～3 mm）、中顆粒（0～1 mm）混合，在混煉機中攪拌3 min 左右，加入黃糊精，混合5 min 后加入濃縮紙漿，使黃糊精和紙漿充分混合。10 min 后，再加入細粉（＜0.088 mm），攪拌30 min 后，使其充分混勻，達到可以使用的泥料。加壓成形制成相同尺寸的磚坯，放入干燥窯內(nèi)110 ℃干燥6 h，干燥后的磚坯進入隧道窯（推車120 h，燒成溫度為1 800 ℃，保溫3 h）內(nèi)燒成，最終制成試驗要用的直接結(jié)合鎂鉻磚磚坯，并對此進行各項性能檢測。試樣0 號、試樣1 號、試樣2 號和試樣3 號采用相同的生產(chǎn)工藝。

在試驗過程中，各種試樣的混煉時間和混煉效果如下表2 所示。

表2 混煉時間和混煉效果

從表2 可以看出，在相同的混煉時間下，加入不同的結(jié)合劑，其效果有所不同。加入1.5%含量的3 號試樣混煉效果最好。

2 試驗結(jié)果與討論

將0 號試樣、1 號試樣、2 號試樣和3 號試樣分別進行常溫耐壓強度、氣孔和體積密度試驗，試驗結(jié)果如表3 所示。試樣的常溫耐壓強度變化曲線、氣孔率變化曲線和密度變化曲線如圖1、圖2 和圖3 所示。

圖1 常溫耐壓強度變化曲線

圖2 氣孔率變化曲線

圖3 密度變化曲線

表3 試樣理化指標(biāo)

從圖1 常溫耐壓強度變化曲線可以看出，加入了復(fù)合結(jié)合劑試樣的常溫耐壓強度比只加入濃縮紙漿的要好。從圖2 氣孔率變化曲線看，氣孔率在加入了2%含量的糊精（試樣2 號）時，有明顯的升高趨勢。反觀其他試樣，試樣1 號無變化，而試樣3 號的氣孔率明顯降低。說明加入1.5%含量糊精的試樣3 號會降低鎂鉻磚的氣孔率。從圖3 體積密度變化曲線看，試樣1 號和試樣3 號均比試樣0 號試樣都有所增加，特別是試樣3 號，增加明顯。試樣2 號的體積密度比其他試樣都低。加入適量的復(fù)合結(jié)合劑更能與泥料中的分子發(fā)生相互擴散作用而形成擴散層，使粗顆粒料和粉料能夠牢固地結(jié)合在一起，提高了鎂鉻磚的成形效率和坯體強度，從而降低了氣孔率。

綜合常溫耐壓、氣孔率及體積密度性能指標(biāo)[4]可以看出，效果最好的是加入了質(zhì)量分數(shù)均為1.5%的黃糊精和濃縮紙漿混合而成的復(fù)合結(jié)合劑，不僅沒有降低磚的高溫耐壓強度，反而可以降低直接結(jié)合鎂鉻磚氣孔率，提高直接結(jié)合鎂鉻磚的體積密度，改善了直接結(jié)合鎂鉻磚的使用效果。加入黃糊精作為結(jié)合劑，可以提高制品的致密度，改善制品的外觀質(zhì)量[5]。

3 結(jié)論

1）在直接結(jié)合鎂鉻磚的基質(zhì)中外加1.5%含量的糊精和濃縮紙漿混合而成的復(fù)合結(jié)合劑，相對其他含量的復(fù)合結(jié)合劑來說，鎂鉻磚的物理指標(biāo)都有所提高，從而改善了鎂鉻磚的使用性能。

2）在生產(chǎn)過程中，碼磚和卸磚過程中避免不了會對制品造成掉角，影響制品的外觀。而選用黃糊精作為結(jié)合劑，對產(chǎn)品的初期定形有極佳的效果。同時，還能提高坯體強度，防止產(chǎn)品塌陷和保角保棱。