近年來,隨著鋼鐵冶煉、有色冶煉、水泥窯等高溫工業(yè)的發(fā)展,各國研究者研究開發(fā)了新品種的鎂質(zhì)澆注料,尤其在改進(jìn)超微粉結(jié)合鎂質(zhì)澆注料的使用性能方面做了大量而有成效的工作,使得鎂質(zhì)澆注料得到了廣泛的應(yīng)用。鎂質(zhì)澆注料生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,基本上是按照攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)、脫模及烘干等工序進(jìn)行。但在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)遇到一些問題,本文主要對(duì)鎂質(zhì)預(yù)制件(包括擋渣板、護(hù)墻板、沖擊板等中間包預(yù)制件)生產(chǎn)過程中的常見問題及處理方法進(jìn)行探討。
澆注料在養(yǎng)護(hù)期間出現(xiàn)上漲及中空
鎂質(zhì)澆注料在養(yǎng)護(hù)期間偶爾會(huì)出現(xiàn)上漲及中空現(xiàn)象,上漲幅度一般為澆注料高度的0.5%~1.5%,而中空現(xiàn)象一般是伴隨著澆注料的上漲而產(chǎn)生,空洞嚴(yán)重時(shí)直徑可達(dá)200~300mm。通過長期的摸索,我們認(rèn)為澆注料在養(yǎng)護(hù)期間出現(xiàn)上漲主要原因有以下兩點(diǎn):
(1)硅微粉的理化性能出現(xiàn)波動(dòng)。通常耐火材料行業(yè)使用的硅微粉是生產(chǎn)金屬硅及硅鐵的副產(chǎn)品,具有填充性好、不團(tuán)聚、顯著降低澆注料攪拌加水量等優(yōu)點(diǎn),但當(dāng)硅微粉的理化性能出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響澆注料的性能。
(2)混料時(shí)金屬鋁粉沒有混勻或加入量超標(biāo)。金屬鋁粉為常用的澆注料用添加劑,其與水混合后發(fā)生放熱反應(yīng),生成氫氧化鋁凝膠并逸出氫氣。其反應(yīng)式如下:
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
當(dāng)金屬鋁粉沒有混勻或加入量超標(biāo)時(shí),容易產(chǎn)生過多氣體,導(dǎo)致預(yù)制件的上漲及中空,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐煞謱印?/div>
解決鎂質(zhì)預(yù)制件上漲及中空的常用方法如下:(1)精確配料并適當(dāng)延長干攪拌和濕攪拌時(shí)間,使金屬鋁粉能夠充分?jǐn)噭?(2)確保硅微粉性能的穩(wěn)定,對(duì)出現(xiàn)團(tuán)聚的硅微粉最好能過篩后再使用;(3)養(yǎng)護(hù)過程中先低溫養(yǎng)護(hù),待澆注料表面硬化后再轉(zhuǎn)入高溫養(yǎng)護(hù)。
澆注料在養(yǎng)護(hù)或烘烤后出現(xiàn)崩塊
鎂質(zhì)澆注料在養(yǎng)護(hù)或烘烤后有時(shí)會(huì)出現(xiàn)白色斑點(diǎn)和崩塊現(xiàn)象,以我公司為某鋼廠生產(chǎn)的護(hù)墻板為例,經(jīng)過養(yǎng)護(hù)脫模后護(hù)墻板表面上會(huì)出現(xiàn)6~8個(gè)直徑為3~5mm的白色斑點(diǎn)。經(jīng)過化學(xué)分析,造成這種現(xiàn)象的主要原因是使用的原材料鎂砂(尤其是燒結(jié)鎂砂)中鈣含量超標(biāo)。眾所周知,CaO遇水后會(huì)發(fā)生水化反應(yīng),鎂質(zhì)澆注料烘烤后的白色斑點(diǎn)即為CaO的水化所致。CaO經(jīng)水化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹,導(dǎo)致澆注料在烘烤后出現(xiàn)崩塊。輕微的崩塊對(duì)中間包預(yù)制件的使用并無大的影響,只需修補(bǔ)即可正常使用。但崩塊嚴(yán)重時(shí)往往伴隨著裂紋產(chǎn)生,在預(yù)制件使用過程中造成質(zhì)量隱患,甚至在澆鋼時(shí)會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量事故。
解決鎂質(zhì)澆注料烘烤后出現(xiàn)崩塊現(xiàn)象主要是要保證鎂砂原料的理化指標(biāo)合格。如為防止CaO含量超標(biāo),在必須使用鎂砂時(shí),建議將鎂砂露天放置一段時(shí)間再使用。
澆注料烘烤后出現(xiàn)裂紋
烘烤后出現(xiàn)裂紋是鎂質(zhì)預(yù)制件在生產(chǎn)時(shí)遇到的最常見問題,其原因可歸結(jié)于鎂砂的水化。鎂砂的水化過程如下:在澆注料的混合、養(yǎng)護(hù)及烘烤期間,MgO與水接觸后會(huì)發(fā)生水化并形成下述水化產(chǎn)物:
MgO+H2O→Mg(OH)2? ? ?(2)
MgO+H2O+CO2→MgO+H2CO3→MgCO3+H2O? ? ? (3)如澆注料中存在較多自由水時(shí),可以產(chǎn)生由反應(yīng)式(2)得到的氫氧化鎂和水鎂石晶體。形成水鎂石能顯著提高pH值,此時(shí)水中溶解了CO2,產(chǎn)生了H2CO3。H2CO3與MgO反應(yīng)形成碳酸鎂或菱鎂礦,如反應(yīng)式(3)所示。
兩類水化途徑具有相似效果,體積膨脹了2.5倍,嚴(yán)重的體積膨脹可能導(dǎo)致澆注料產(chǎn)生裂紋。因此對(duì)于鎂質(zhì)澆注料而言,制定合理的養(yǎng)護(hù)及烘烤制度,減輕鎂砂的水化程度至關(guān)重要。
在鎂質(zhì)預(yù)制件的養(yǎng)護(hù)階段,有研究表明,當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度低于50℃時(shí),鎂質(zhì)澆注料形成水鎂石的量少且速度慢。如果養(yǎng)護(hù)溫度過高,則在較短時(shí)間內(nèi)形成大量的水鎂石,澆注料內(nèi)部體積膨脹,產(chǎn)生應(yīng)力進(jìn)而形成裂紋。因此應(yīng)嚴(yán)格控制鎂質(zhì)澆注料的養(yǎng)護(hù)溫度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,鎂質(zhì)澆注料在70℃下養(yǎng)護(hù)8h,其水化程度要高于50℃下養(yǎng)護(hù)20h的結(jié)果。
在鎂質(zhì)澆注料的烘烤階段,由于MgO在90~100℃以上時(shí)水化速率明顯加快,應(yīng)根據(jù)烘烤設(shè)備的條件制定快速烘烤方案,使?jié)沧Ⅲw內(nèi)的自由水盡可能快的排出。當(dāng)然烘烤速率也不宜過快,以免澆注料內(nèi)部水分蒸發(fā)過快,產(chǎn)生的蒸汽壓大于澆注體表面抗張強(qiáng)度而產(chǎn)生裂紋。根據(jù)我們現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn),升溫速率低于10℃·h-1時(shí),擋渣墻預(yù)制件烘烤后裂紋嚴(yán)重;而當(dāng)升溫速率達(dá)到20℃·h-1時(shí),產(chǎn)品烘烤后基本無裂紋。
由于部分鎂中間包預(yù)制件厚度較薄(例如護(hù)墻板),在養(yǎng)護(hù)至烘烤現(xiàn)場(chǎng)倒運(yùn)過程中如發(fā)生膨脹產(chǎn)生微裂紋,極有可能在烘烤后造成裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。因此對(duì)于薄板類預(yù)制件,還應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)移過程中的防護(hù)。
