復合結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 精煉爐的爐內襯用磚和RH 法精煉設備的主要耐火材料。由于精煉鋼的工作條件十分苛刻，導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]。直接結合鎂鉻磚是固相晶粒間直接接觸產生的一種結合，以方鎂石和鎂鉻尖晶石為主晶相直接結合的耐火制品。本試驗是在直接結合鎂鉻磚為基質的基礎上，通過加入不同含量結合劑與相同比例紙漿混合而成的復合結合劑進行對比，來達到提高鎂鉻磚物理性能的目的。

1 試驗步驟

直接結合鎂鉻磚是以方鎂石和鎂鉻尖晶石為主晶相直接結合的耐火制品，以w（SiO2）≤2%的高純燒結鎂砂和鉻精礦為原料，通過高溫燒結而成。為確保直接結合，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合，只有當燒成溫度超過1 550 ℃以上時，直接結合才會增加。這就說明生產直接結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生一定的影響，比如掉角、飛邊等。因此，要選用適當的結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合在一起，讓產品很快定形，防止產品邊角疏松導致掉邊掉角，從而影響產品的外觀。

1.1 結合劑的選擇

結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在一起的物質，也稱“膠結劑”或“黏結劑”。用作耐火材料的結合劑，不僅要求具有較好的冷態和熱態結合強度，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合劑，借助于如下物理作用而產生結合。

1）物理吸附作用：依靠分子間的相互作用力—范德華力而產生結合。

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

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

耐火材料結合劑的種類繁多，結合機理也不盡相同，因此，在實際生產與使用中應根據耐火材料的材質、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的結合劑。

對于機壓成形的燒成耐火制品應當選用暫時性結合劑，因此，本次試驗選用黃糊精為結合劑。黃糊精屬于水溶性暫時結合劑，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鎂砂和鉻精礦為原料，其含量指標為：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%。按工廠生產的直接結合鎂鉻磚的粒度組成配成0 號試樣，其中：高純燒結鎂砂和鉻精礦的粗顆粒（1～3 mm）質量占比為50%，中顆粒（0～1 mm）質量占比為20%，細粉（＜0.088 mm）質量占比為30%。在此配料基礎上分別加入質量配比為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合結合劑，黃糊精和濃縮紙漿配比如表1 所示?；靹蚝蠹訅撼尚沃瞥纱u坯，通過高溫燒結形成直接結合鎂鉻磚。

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）內燒成，最終制成試驗要用的直接結合鎂鉻磚磚坯，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

從圖1 常溫耐壓強度變化曲線可以看出，加入了復合結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。加入適量的復合結合劑更能與泥料中的分子發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[4]可以看出，效果最好的是加入了質量分數均為1.5%的黃糊精和濃縮紙漿混合而成的復合結合劑，不僅沒有降低磚的高溫耐壓強度，反而可以降低直接結合鎂鉻磚氣孔率，提高直接結合鎂鉻磚的體積密度，改善了直接結合鎂鉻磚的使用效果。加入黃糊精作為結合劑，可以提高制品的致密度，改善制品的外觀質量[5]。

3 結論

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

2）在生產過程中，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合劑，對產品的初期定形有極佳的效果。同時，還能提高坯體強度，防止產品塌陷和保角保棱。