鈦鋁酸鈣加入量對鋁鎂澆注料性能的影響

梁小龍，王子軍，王義龍，姜 樂，紀(jì)建東，郝立可

（唐山市國亮特殊耐火材料有限公司，河北 唐山063021）

鈦鋁酸鈣是在鈦鐵合金的冶煉過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，通過對現(xiàn)有鈦鐵合金冶煉過程中排出的“渣”即鈦鋁酸鈣的化學(xué)成分及物相組成的分析，這類“渣”實(shí)際上是一種以鈦鋁酸鈣、六鋁酸鈣為主，二鋁酸鈣及鈦酸鈣為副的高熔點(diǎn)復(fù)相材料，其耐火度可達(dá)1 790℃以上，在高溫工業(yè)應(yīng)該有很好的利用價(jià)值。綜合利用、消耗廢渣及尾礦是目前國家產(chǎn)業(yè)政策的導(dǎo)向。本試驗(yàn)中，擬在鋼包鋁鎂澆注料中加入鈦鋁酸鈣等量替代其中的高鋁骨料，研究鈦鋁酸鈣加入量對鋼包鋁鎂澆注料性能影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

試驗(yàn)所用原料有：A85 高鋁礬土（8～5 mm、5～3 mm、3～1 mm、≤1 mm、≤0.045 mm）、鈦鋁酸鈣（5～3 mm、3～1 mm）、96燒結(jié)鎂砂 200目、氧化鋁微粉、92硅灰、減水劑等。A85高鋁礬土及鈦鋁酸鈣的主要化學(xué)組成見表1，鈦鋁酸鈣XRD圖譜見圖1，其主要物相為 Ca（（Al0.84Ti0.16）2）6O19和 CaAl12O19（CA6），次晶相為CaAl4O7（CA2）、α-Al2O3，還有少量的 CaTiO3和金紅石相[1-2]。

表1 主要的原料化學(xué)組成

圖1 原料鈦鋁酸鈣原料的XRD圖譜

1.2 試驗(yàn)過程

表2為試樣的配料表。按照表2進(jìn)行配料并干混均勻，在砂漿攪拌機(jī)中加水?dāng)嚢杈鶆?，振?dòng)成型，制成尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的長方條試樣及70 mm×70 mm×70 mm、內(nèi)孔尺寸為Φ30 mm×35 mm的干鍋試樣，在室溫條件下養(yǎng)護(hù)24 h脫模。然后在110℃干燥24 h，分別經(jīng) 110℃×24 h，1 000℃×3 h，1 500℃×3 h熱處理。

表2 試樣配比

1.3 性能檢測

按照YB/T 5201-1993測量干燥后、燒成后樣條的抗折、耐壓強(qiáng)度；按YB/T 5200-1993測量干燥后、燒成后樣條的顯氣孔率、體積密度；按YB/T 5203-1993檢測試樣在1 200℃和1 550℃保溫3 h熱處理后的線變化率。

在干燥后的坩堝試樣的內(nèi)孔中加入40 g的鋼包渣，在1 550℃處理3 h后，自然降溫至常溫后，沿最大徑切開，測量其侵蝕面積和滲透面積，計(jì)算試樣的侵蝕指數(shù)和滲透指數(shù)（2#~6#試樣的侵蝕（滲透）面積/1#試樣的侵蝕（滲透）面積×100%）。鋼包渣的化學(xué)成分見表3。

表3 鋼包渣化學(xué)組成

2 結(jié)果與討論

2.1 體積密度和氣孔率

鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料顯氣孔率、體積密度的影響如圖2、圖3所示?？梢钥闯?10℃×24 h干燥后試樣的氣孔率和體積密度均差別不大，顯氣孔率在17%～18%的范圍內(nèi)，體積密度2.84左右。

圖2 鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料顯氣孔率的影響圖

圖3 鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料體積密度的影響圖

當(dāng)經(jīng)過1 500℃保溫3 h熱處理后，在替代率為60%時(shí)，試樣的顯氣孔率最小，體積密度最大。這是因?yàn)檫m量的鈦鋁酸鈣加入可以促進(jìn)燒結(jié)，提高材料的致密性；同時(shí)，隨著溫度的升高，鈦鋁酸鈣所含的CA2相與試樣的剛玉相反應(yīng)生成CA6，伴隨著體積膨脹，擠壓試樣內(nèi)部氣孔，從而降低試樣氣孔率，提高體積密度。當(dāng)替代率超過60%之后，過量的液相可能導(dǎo)致試樣內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，物相反應(yīng)導(dǎo)致體積膨脹過大，使得氣孔率升高，體積密度減小。

2.2 重?zé)€變化率

鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料重?zé)€變化率的影響如圖4所示。1 200℃保溫3 h后的試樣均發(fā)生膨脹，并且隨著鈦鋁酸鈣替代率的增大，試樣的線變化率增大。1 550℃保溫3 h后的試樣先收縮，當(dāng)替代率≥60%的時(shí)候開始膨脹，在60%時(shí)線變化率為+0.12%，試樣的微膨脹可以提高試樣的致密性，從而有利于提升其強(qiáng)度性能及抗渣性能等。

圖4 鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料重?zé)€變化率的影響圖

2.3 常溫強(qiáng)度

鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料常溫抗折、耐壓強(qiáng)度的影響如圖5、圖6所示?？梢钥闯?，常溫抗折及耐壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先降低再升高然后再降低的趨勢，并且在替代率為60%的時(shí)候，除常溫耐壓強(qiáng)度外，其他強(qiáng)度指標(biāo)均達(dá)到最大值。

圖5 鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料抗折強(qiáng)度的影響圖

圖6 鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料耐壓強(qiáng)度的影響圖

2.4 抗渣性

抗渣試驗(yàn)后的試樣沿最大徑切開的剖面如圖7所示，試樣的渣侵蝕指數(shù)及渣滲透指數(shù)如表3所示。

圖7 鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率對澆注料抗渣性的影響圖

表3 試樣的抗渣性能

從圖7和表3可以看出隨著鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率的增加，試樣抗渣侵蝕和抗渣滲透性能均變差。在鈦鋁酸鈣替代率為60%時(shí)，抗渣性稍有回升趨勢，再繼續(xù)提高替代率，抗渣性有明顯下降。

3 結(jié)論

（1）隨著鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率的增加，試樣經(jīng)1 550℃保溫3 h處理后的顯氣孔率先減小再增大，體積密度先增大再減小，在替代率為60%時(shí)氣孔率最小，體積密度最大。

（2）隨著鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率的增加，試樣經(jīng)1 200℃保溫3 h處理后的膨脹率逐漸增大；試樣經(jīng)1 550℃保溫3 h處理后先收縮，在替代率為60%時(shí)開始膨脹。

（3）隨著鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率的增加，常溫抗折及耐壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先降低再升高然后再降低的趨勢，并且在替代率為60%的時(shí)候，除常溫耐壓強(qiáng)度外，其他強(qiáng)度指標(biāo)均達(dá)到最大值。

（4）隨著鈦鋁酸鈣對高鋁礬土替代率的增加，試樣抗渣侵蝕和抗渣滲透性能均變差。在鈦鋁酸鈣替代率為60%時(shí)，抗渣性稍有回升趨勢，再繼續(xù)提高替代率，抗渣性有明顯下降。