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镁质浇注料开裂的解决措施 赵子龙　陈 勇　罗先进　吴　晓　宋世峰　 （濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司，河南 濮阳 457100） 摘 要 从分析镁质浇注料开裂原因入手，选取MgO-SiO2体系作为解决问题的基本方案，通过调整镁质浇注料的配比和改进生产工艺等措施，较好的解决了制品开裂问题。 关键词 镁质浇注料；镁砂水化；硅微粉；金属铝粉；镁质预制件 1 引言 MgO-SiO2系统耐火材料属碱性耐火材料，具有耐火度高、荷重软化温度高等特点，且能够吸收熔融钢水和渣中Al2O3夹杂物在其表面形成镁铝尖晶石，对碱性渣和铁渣都有很好的抗侵蚀性，同时也具有净化钢水的作用。资料[1]表明，镁质耐火材料对钢液的污染明显低于高铝质耐火材料。然而镁质浇注料的显著缺点就是所使用的镁砂易于水化，在生产过程中容易出现上涨、裂纹等现象，另外在快速烘烤过程中，容易产生很大的热应力而造成热震损伤，甚至发生爆裂现象，严重影响材料的高温使用性能，从而限制了镁质浇注料的大规模使用。 2 镁质浇注料体系的选取 镁质浇注料在自然养护和干燥过程中，容易出现上涨、开裂等现象，这是由于镁砂水化引起的。镁砂水化就是镁砂中的MgO在常温下与H2O发生溶解析出反应，同时伴随很大的体积膨胀，促使镁质浇注料产生内应力，最终导致裂纹的产生。 采用高密度的大结晶镁砂、通过添加有机物包裹镁砂等方法，可以提高镁砂的抗水化性能，然而在实际应用中，由于受产品价格和工艺等因素的制约，具体操作起来往往比较困难。 根据工艺的实际情况，并参考李楠[2]等人对镁质浇注料的研究：常温下SiO2超微粉遇水后，其表面形成羟基，即Si-OH键，经自然养护和干燥后，脱水架桥形成了硅氧烷网络结构。同时，由于其表面有大量未键合的O2-，它们很容易被吸附于MgO颗粒表面的Mg2＋离子上而形成镁氧硅链，从而减少了与Mg2＋结合的OH一基团。同分别形成H-O-Mg-O-H及氢氧硅链相比，水分子减少了。每形成一个镁氧硅链即可减少一个水分子。由于排出的水量减小，降低了镁质产品烘烤过程中开裂的可能性。同时由于MgO颗粒被镁氧硅链互相连接起来，从而提高了产品的强度。最终选取SiO2超微粉作为镁质浇注料的结合剂进行具体的实验分析。 3 镁质浇注料的配比优化 3.1 硅微粉加入量的选择 试验用原料为95中档镁砂，挪威ELKEM公司生产的牌号为U920的二氧化硅微粉，其化学成分见表1。根据Andreasen方程MgO颗粒临界粒径选为8mm，将级配不同的MgO颗粒和SiO2超微粉按照一定比例混合均匀，倒入40×40×160mm的三联模中在常温下振动成型，其中加水量控制在5.2%左右，研究硅微粉加入量对镁质浇注料热震稳定性的影响。 表1 原料的化学成分（wt%） MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 烧失量 中档镁砂 93.97 2.03 0.49 1.26 1.73 0.59 硅微粉 92.45 1.71 试样自然养护24h后脱模，经110℃×24h烘干后，在1600℃进行热处理3h，然后进行抗热震稳定性试验。 将炉温升到1100℃保温30min，再将试样放入炉内，保证炉温恒定30min后，取出试样采用高压风进行快速风冷，确保20min内试样表面温度降至100℃以下。如此循环5次，最后检测试样的抗折强度。 表2 热震试验前后抗折强度变化 硅微粉含量（%） 1 2 3 4 5 试验前抗折强度（MPa） 20.3 23.5 21.8 14.3 13.6 试验后抗折强度（MPa） 8.5 7.9 9.6 8.1 7.2 抗折强度保持率（%） 41.9 33.6 44.0 56.6 52.9 注：试样抗折强度保持率按下式计算 Rr=Ra/Rb×100% 式中 Rr—抗折强度保持率，%； Ra—试验前抗折强度，MPa； Rb—试验后抗折强度，MPa。 图1 氧化硅微粉加入量对镁质浇注料热震稳定性的影响 由图1可知，试样的抗折强度保持率呈现先下降后上升随后再下降的趋势。当硅微粉加入量在4%时，试样抗折强度的保持率最高。而试样抗折强度保持率越高，越有利于抵抗温度的急剧变化。同时，因为镁质浇注料基质为方镁石和镁橄榄石的复合结构，方镁石的膨胀系数为13.5×10-6/℃(20~1000℃)，镁橄榄石的膨胀系数为12×10-6/℃(20~1100℃)。当氧化硅微粉加入量超过4%时，镁橄榄石结合相增多，方镁石颗粒分散在其中，由于镁橄榄石膨胀系数较小，因此在温度急剧变化的过程中产生的裂纹较少，强度降低较少。 3.2金属铝粉加入量的选择 金属铝粉是镁质浇注料常用的防爆剂。常温情况下，与水反应生成Al(OH)3凝胶并溢出H2。具体反应式如下： Al＋H2O→Al(OH)3＋H2↑ 这是一个剧烈的放热反应，物料快