專利名稱：一種鎂鈣質(zhì)噴補料測試試樣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐火材料性能檢測過程中供測試試樣的制作技術(shù)，尤其屬于鎂鈣質(zhì)噴 補料測試試樣的制備工藝。
背景技術(shù)：
含CaO耐火材料在煉鋼領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用日益廣泛，耐火材料中的CaO具有凈化鋼水 的作用。鎂鈣質(zhì)噴補料中的CaO還可以改善材料的高溫使用性能，提高噴補料的熔點，延長 噴補料的使用壽命。因此，含CaO耐火材料的開發(fā)越來越受到重視。但CaO的易水化問題嚴(yán)重制約了其在耐火材料中的進一步推廣應(yīng)用。為了改善 CaO的抗水化能力，現(xiàn)有防水化的CaO或含CaO的原料，其只能延緩CaO的水化，延長含CaO 材料的保存有效期，不能杜絕CaO的水化。特別是當(dāng)材料與水直接接觸時，CaO的水化仍將 導(dǎo)致難以成功制作出含CaO材料的性能檢測試樣。鎂鈣質(zhì)噴補料主要用于煉鋼轉(zhuǎn)爐及RH爐襯材料的修補，目前CaO含量20%左右， 為了達到更高的使用壽命以滿足煉鋼生產(chǎn)的需要，其中的CaO含量有進一步增加的要求。 較高的CaO含量給噴補料物理性能的檢測帶來了困難，鎂鈣質(zhì)噴補料的物理性能檢測與其 它不定形耐火材料一樣，須首先制成具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的樣條，噴補料加水制作成待測試樣的 過程中，水與游離CaO反應(yīng)生成Ca(OH)2伴隨著體積膨脹，使試樣開裂粉化，試樣難以制作 成功。目前未查到國內(nèi)外關(guān)于鎂鈣質(zhì)噴補料性能測試試樣制作的文獻，也沒有專用于含 CaO材料性能測試的設(shè)備和方法，所以對于需要加水使用的含CaO不定形材料，缺乏抽檢和 質(zhì)量控制手段，只能通過實爐使用效果來衡量材料的好壞，存在一定的風(fēng)險，如果使用了未 經(jīng)性能檢測的低質(zhì)量產(chǎn)品，不僅浪費了材料成本，而且可能導(dǎo)致安全事故。因沒有性能檢 測方法，則難以按質(zhì)量要求對供應(yīng)商進行監(jiān)控，使得含CaO不定形材料的質(zhì)量控制、使用效 果、安全保證等均難以通過實驗室的檢測來預(yù)判。同時，因為缺乏合適的檢測手段，給含CaO 材料新產(chǎn)品的開發(fā)也帶來了困難，影響含CaO材料的技術(shù)進步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鎂鈣質(zhì)噴補料測試試樣的制備方法，能夠成功制作鎂鈣質(zhì)噴補料物理性能檢測試樣，能成型并養(yǎng)護出無開裂粉化現(xiàn)象并具有足夠脫模 及搬運強度的試樣，可供對鎂鈣質(zhì)噴補料進行各項物理性能檢測，實現(xiàn)對材料進行實驗室 性能評價。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，發(fā)明人認(rèn)為鎂鈣質(zhì)噴補料試樣的 養(yǎng)護強度，來自于磷酸鹽或硅酸鹽結(jié)合相與水形成水合物后脫水，而磷酸鹽或硅酸鹽結(jié)合 相基本不溶于其它非水溶劑，所以盡管鎂鈣質(zhì)噴補料中的CaO遇水會發(fā)生顯著的水化反 應(yīng)，但要成功制作出有適宜強度的性能測試樣，仍需用水成型。噴補料中的結(jié)合相應(yīng)充分地 與水反應(yīng)，在此基礎(chǔ)上，再控制CaO的水化，盡量減少CaO與水的接觸時間，特別是減少水蒸汽快速揮發(fā)階段CaO與水蒸汽的接觸時間，使CaO的水化量不至于發(fā)展到使試樣產(chǎn)生裂紋 或影響后期的性能檢測。既要保證結(jié)合相有充分的水合反應(yīng)時間，又要減少CaO的水化反應(yīng)時間，二者存 在矛盾，同時達到要求有一定困難，但可以利用在不同溫度時二者反應(yīng)速度的差異來合理 地進行控制和解決。磷酸鹽或硅酸鹽結(jié)合相主要為鈉鹽，都易溶于水，因此結(jié)合相的水合反應(yīng)在低溫 下即可進行，只要時間足夠，結(jié)合相就可以充分與水發(fā)生反應(yīng)，以保證后期能產(chǎn)生足夠的強 度。同時，在低溫下，CaO也將按下列反應(yīng)發(fā)生水化
CaO (s)+H2O (1) = Ca(OH)2(S)(1)AG0 = -60614+18. 48T J/mol(2)CaO (s)+H2O (g) = Ca (OH) 2 (s)(3)AG0 = -101724+128. 68T J/mol(4)AG = G0-RTlnPa20 = -101724+128. 68T_RTlnPH2。J/mol(5)反應(yīng)式(1)、(3)的AG0分別為-55104J/mol、-63358J/mol，均為負(fù)值，水化反應(yīng) 很容易發(fā)生，但CaO的水化反應(yīng)速度受到動力學(xué)的影響明顯，因為當(dāng)CaO或含CaO的原料顆 粒與水或水蒸汽發(fā)生反應(yīng)后，在顆粒表面形成一層Ca(OH)2保護層，對CaO的進一步水化有 一定的阻止作用，而僅CaO或含CaO原料顆粒表面的水化，不足以使試樣產(chǎn)生裂紋。可以用 實驗證明，鎂鈣質(zhì)噴補料加水成型后，在低溫下養(yǎng)護數(shù)小時，試樣并無裂紋產(chǎn)生。根據(jù)以上分析，鎂鈣質(zhì)噴補料加水成型后在低溫下養(yǎng)護一定的時間，既可以使結(jié) 合相產(chǎn)生強度，又可以控制CaO的水化程度不至于使試樣產(chǎn)生裂紋。但試樣中的結(jié)合相在 充分溶解并反應(yīng)后，再延長試樣在低溫下的養(yǎng)護時間，CaO的水化量將逐漸增加累積，易使 試樣產(chǎn)生開裂甚至粉化，因此，低溫養(yǎng)護過程結(jié)束后，應(yīng)立即升溫使試樣中的水以蒸汽形式 快速排出。溫度升高時，反應(yīng)式(1)的AG = AG°，其值隨溫度的升高而增加，減緩了 CaO的 水化趨勢。但反應(yīng)式(3)的AG如式(5)所示，即CaO與水蒸汽的反應(yīng)還與水蒸汽的分壓 有關(guān)，若要消除CaO受水蒸汽的水化趨勢，則其反應(yīng)的Δ G應(yīng)大于0，即-101724+128. 68T-RTlnPH2。> 0(6)從式(6)可見，要避免CaO與水蒸汽發(fā)生水化反應(yīng)，可采取兩條措施一是升高溫 度，二是降低水蒸汽的分壓。但溫度不可能無限升高，根據(jù)常規(guī)的試樣養(yǎng)護方法，試樣的烘 干溫度一般為110°c，略高于水的沸點，試樣中的水份在此溫度下可以快速蒸發(fā)排出。因此， 要避免水蒸汽使CaO水化，只能降低水蒸汽的分壓。根據(jù)式(6)計算，溫度為110°C時，當(dāng) Ph20 < 7. 14X10_8Pa時，式(6)成立，即只有在接近真空條件下，才能抑制CaO的水化，因此， 鎂鈣質(zhì)噴補料試樣在低溫養(yǎng)護結(jié)束后，應(yīng)在常規(guī)的試樣養(yǎng)護方法溫度的真空條件下繼續(xù)進 行干燥處理，才能制作出無開裂、具有一定強度的合格試樣。試樣成型時的加水量以可使噴補料漿具有振動流動性即可。若水份加入量不足， 則噴補料難以形成可流動的料漿，難制作出規(guī)則形狀的試樣，若水份加入量過多，則增加了 水份排出的負(fù)荷及游離CaO水化的可能，降低試樣的強度或致試樣開裂。在低溫養(yǎng)護階段，應(yīng)控制養(yǎng)護溫度的范圍和養(yǎng)護時間的長短。養(yǎng)護溫度過低，CaO 與液態(tài)水的反應(yīng)趨勢更強，而且結(jié)合相的水合反應(yīng)速度也將降低。但若養(yǎng)護溫度過高，則水蒸汽的分壓升高，CaO與氣態(tài)水的反應(yīng)將增強，導(dǎo)致試樣水化開裂。養(yǎng)護時間的長短也明顯 對試樣強度的形成產(chǎn)生影響，養(yǎng)護時間太短，則不能保證噴補料中的結(jié)合相與水充分溶解 反應(yīng)，試樣在后期的養(yǎng)護中難以形成足夠的強度。養(yǎng)護時間太長，則CaO的累積水化反應(yīng)量 隨時間延長而增加，試樣易產(chǎn)生裂紋。
在真空養(yǎng)護階段，水份應(yīng)盡可能快地被排出試樣，因此應(yīng)對試樣進行加熱，但加熱 溫度應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。若溫度過低，則水蒸汽與游離CaO的接觸時間偏長，CaO的水 化將降低試樣的強度。但若溫度過高，水蒸汽的蒸發(fā)速度過快，水在短時間內(nèi)快速轉(zhuǎn)變成水 蒸汽，在試樣內(nèi)部產(chǎn)生體積膨脹，也將對試樣的強度產(chǎn)生負(fù)面影響甚至使試樣開裂。綜上所述，鎂鈣質(zhì)噴補料性能測試試樣的成型養(yǎng)護方法可以概括為按常規(guī)的澆 注料成型方法，向鎂鈣質(zhì)噴補料中加入適量水?dāng)嚢璨⒖焖僬駝映尚?，因試樣中大量游離CaO 水化產(chǎn)生的熱量及促凝成份的作用，試樣在成型后的較短時間內(nèi)即可硬化并脫模，脫模的 試樣在所需溫度和養(yǎng)護時間范圍內(nèi)養(yǎng)護，然后將試樣放入真空干燥箱中，抽真空并升溫到 常規(guī)養(yǎng)護溫度養(yǎng)護，直至試樣恒重。此時的試樣不存在開裂或粉化現(xiàn)象，且具有足夠的強度 進行后續(xù)物理性能的檢測。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種鎂鈣質(zhì)噴補料測試試樣的制備方法，其包含 以下步驟1)向鎂鈣質(zhì)噴補料中加入相當(dāng)于其質(zhì)量百分比為10 20%的水，攪拌并振動成 型；2)成型硬化后脫模，在5 35°C的溫度下養(yǎng)護3 7小時；3)放入真空干燥箱中抽真空并升溫到100 120°C養(yǎng)護至恒重，得到試樣。所述的步驟3)中，所述真空箱內(nèi)水蒸汽的分壓為Ph2q ( 3. 03X IO-8Pa0本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和積極效 果1.解決了鎂鈣質(zhì)噴補料無法養(yǎng)護制作出完好性能檢測試樣的問題；2.為鎂鈣質(zhì)噴補料性能評估和質(zhì)量控制提供了最基本的測試方法和手段；3.避免了在未掌握基本物理性能的條件下使用鎂鈣質(zhì)噴補料所隱含的安全風(fēng) 險；4.為鎂鈣質(zhì)噴補料及其它含游離CaO材料的開發(fā)提供了支撐，有利于含CaO材料 的技術(shù)進步及應(yīng)用推廣。


以下將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1為實施例所采用的轉(zhuǎn)爐鎂鈣質(zhì)噴補料的X-射線物相分析圖譜。
具體實施例方式實施例采用轉(zhuǎn)爐鎂鈣質(zhì)噴補料來制作物理性能檢測樣實施例；轉(zhuǎn)爐鎂鈣質(zhì)噴補料的主要化學(xué)成份為MgO 63. 25%, CaO 20. 12%, Si026 . 30%, P2O5 3. 06%, Na2O 1. 76%。
如圖1所示，轉(zhuǎn)爐鎂鈣質(zhì)噴補料實施例的X-射線物相分析圖譜。該噴補料主礦相為方鎂石，含有較高的游離CaO，以磷酸鹽及水玻璃為結(jié)合相。按常規(guī)的澆注料振動成型及 養(yǎng)護方法制作試樣，試樣開裂粉化嚴(yán)重，無法制作出可供性能檢測的合格樣條。改用本發(fā)明方法制作以上鎂鈣質(zhì)噴補料試樣的步驟為稱量適量的噴補料，力口 入10-20w%的水，快速攪拌均勻成料漿后振動成型為25X 25X 160mm的樣條，樣條硬化 很快，成型后馬上就可脫模，立即將脫模的試樣放入恒溫箱中進行低溫養(yǎng)護，恒溫箱的溫 度可根據(jù)要求設(shè)定為5-35°C之間的一個恒定值，試樣在恒溫箱中養(yǎng)護一定的時間(3-7 小時之間的一個時間段)后，將試樣放入真空箱中抽真空，真空箱內(nèi)水蒸汽的分壓為 Ph2q彡3. 03 X IO-8Pa0并將恒溫箱的溫度調(diào)升至100-120°C，養(yǎng)護試樣直到其恒重為止。經(jīng)過真空干燥養(yǎng)護的試樣，測定其常溫抗折強度和常溫耐壓強度，來評價試樣的 養(yǎng)護效果。在不同溫度及時間條件下養(yǎng)護并經(jīng)過真空干燥的鎂鈣質(zhì)噴補料試樣的強度結(jié) 果如表1所示，表1同時還列出了按常規(guī)澆注料制樣方法制作的鎂鈣質(zhì)噴補料試樣的結(jié)果 (對比例5、6、7)。從表1可見，經(jīng)真空加熱干燥制作的試樣不存在開裂粉化現(xiàn)象，而在非真 空條件下加熱養(yǎng)護的試樣則開裂粉化。同時，真空加熱養(yǎng)護前的低溫養(yǎng)護溫度及時間也對 試樣強度產(chǎn)生顯著的影響。實施例1-9表明，當(dāng)噴補料成型加水量為10-20w%、低溫養(yǎng)護 溫度介于5-35°C、時間介于3-7h及真空養(yǎng)護溫度為100-120°C時，試樣的強度較高，可供進 行鎂鈣質(zhì)噴補料的各項常溫及高溫物理性能檢測。而當(dāng)以上參數(shù)超出相應(yīng)范圍時，對比例 1-4則顯示試樣的強度明顯降低，影響鎂鈣質(zhì)噴補料其它物理性能的檢測結(jié)果。表1鎂鈣質(zhì)噴補料試樣制作實施例
權(quán)利要求
一種鎂鈣質(zhì)噴補料測試試樣的制備方法，其特征在于包含以下步驟1)向鎂鈣質(zhì)噴補料中加入相當(dāng)于其質(zhì)量百分比為10～20％的水，攪拌并振動成型；2)成型硬化后脫模，在5～35℃的溫度下養(yǎng)護3～7小時；3)放入真空干燥箱中抽真空并升溫到100～120℃養(yǎng)護至恒重，得到試樣。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂鈣質(zhì)噴補料測試試樣的制備方法，其特征在于所述步驟3) 中，真空箱內(nèi)水蒸汽的分壓為Ph2q ( 3. 03 X IO-8Pa0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎂鈣質(zhì)噴補料測試試樣的制備方法，其包含以下步驟向鎂鈣質(zhì)噴補料中加入相當(dāng)于其質(zhì)量百分比為10～20％的水，攪拌并振動成型；成型硬化后脫模，在5～35℃的溫度下養(yǎng)護3～7小時；放入真空干燥箱中抽真空并升溫到100～120℃養(yǎng)護至恒重，得到試樣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的效果是解決了鎂鈣質(zhì)噴補料無法養(yǎng)護制作出完好性能檢測試樣的問題；為鎂鈣質(zhì)噴補料性能評估和質(zhì)量控制提供了最基本的測試方法和手段；避免了在未掌握基本物理性能的條件下使用鎂鈣質(zhì)噴補料所隱含的安全風(fēng)險；為鎂鈣質(zhì)噴補料及其它含游離CaO材料的開發(fā)提供了支撐，有利于含CaO材料的技術(shù)進步及應(yīng)用推廣。
文檔編號C04B35/66GK101846599SQ200910048380
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者何平顯, 汪慶豐, 王峰, 甘菲芳 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司