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针对提高实验所制镁碳砖体积密度的研究及建议徐福禹
针对提高实验所制镁碳砖体积密度的研究及建议
徐福禹
昨日实验所制镁碳砖的体积密度分别为2.90g/cm3 和2.88g/cm3 ,并未达到理想值2.95g/cm3 。针对此情况进行了思考及研究,并查阅了部分相关论文及文献,现对于原料配比方案提出一下建议:
1.增加树脂用量
根据辽宁科技大学高温材料与镁资源工程学院 游杰刚等人所著《酚醛树脂加入量对钢包渣线再生镁碳砖性能的影响》,他们利用钢包渣线用后镁碳砖再生料制备了钢包渣线再生镁碳砖,在再生料加入质量分数为80%的基础上,研究酚醛树脂加入量(外加质量分数分别为3.25%、3.5%、3.75%、4.0%、4.25%)对再生镁碳砖致密度、强度和抗氧化性影响。得到结论是:
随着酚醛树脂加入量的增加,200℃热处理后再生镁碳砖的致密度、常温耐压强度、常温抗折强度及高温抗折强度均增大,抗氧化性增强。
随着酚醛树脂加入量增加,900℃埋炭处理后式样的致密度增大,但当酚醛树脂加入量达到4%后其致密度变化不大。
再生镁碳砖中酚醛树脂的加入量以3.5%~4%为宜。
根据中国钢研科技集团有限公司特种陶瓷与耐火材料北京市重点实验室 王云等人所著《添加半成品废砖的再生镁碳砖研究》,他们将镁碳砖生产过程中的半成品废砖经过拣选、破碎、筛分后制成3种粒度的再生料,然后在镁碳砖常规配方中加入再生料制成再生镁碳砖试样,并研究了树脂添加量(外加质量分数分别为3.8%、4.0%、4.2%、4.4%)对再生镁碳砖试样性能的影响。得到的结论是:
由上图可以看出,随着树脂外加量的提升,试样的显气孔率呈先减小后增大的变化趋势,体积密度呈先增大后减小的变化趋势,拐点皆为树脂外加量为4.0%时。
在拐点前,树脂膜的完整程度和厚度的增加起主导作用,因此试样致密度和强度增大;在拐点后,树脂挥发分留下的空洞增多起主导作用,因此试样的致密度和强度减小。
原实验配方中树脂外加量为3%,但在混料过程中发现对镁砂和石墨的润湿程度不够。
因此,建议树脂外加用量提升至4%。
2.混料顺序
根据武汉科技大学 孙枫所著《再生铝镁碳砖及镁碳砖的研究和应用》,由于混炼时加料顺序对再生砖性能指标的影响较大,所以在实验过程中设计了3种混炼方式(总混炼时间不少于28分钟):
(1)骨料一热固性树脂(总量的65%)——石墨和再生料细粉——热固性树脂(总量的35%)——其他粉料和外加剂——出料。
(2)骨料一热固性树脂(总量的65%)——石墨——再生料细粉——热固性树脂(总量的35%)——其他粉料和外加剂——出料。
(3)骨料一热固性树脂(总量的65%)——石墨——熟固性树脂(总量的35%)——再生料细粉和其他粉料和外加剂——出料。
通过实验对比,发现采用方式(2)可使砖获得更好的性能指标。方式(2)在石墨加入后,混合2min再加入再生细料粉,可使石墨更充分包裹骨料,便于成型。
各方式所产砖性能指标如下图:
其他相关文献中,对于混料过程描述也多采用此方式。因此,建议采用此混料顺序:
骨料一热固性树脂(总量的65%)——石墨——再生料细粉——热固性树脂(总量的35%)——其他粉料和外加剂——出料。
3.颗粒级配的优化
在耐火材料生产中,对于已经粉碎的原料,如何选取颗粒级配,即如何对原料进行分级与选取合理的颗粒级配是配料工序最基本的问题。只有选取可以使坯料达到紧密堆积的级配,才有可能生产出高质量的产品。实际生产中,对已粉碎好的原料分级、配比往往受实际条件和工艺要求的限制,因此,如何设计和选取颗粒配比,在满足实际要求的前提下使坯料达到紧密堆积是耐火材料工业生产中最基本的问题之一。
根据武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 祝洪喜等人所著《耐火材料连续颗粒分布的紧密堆积模型》,他们通过建立具有连续尺寸分布颗粒的紧密堆积模型,计算耐火材料颗粒的最佳配比,以期达到最紧密堆积。通过模型求得累积的体积分数为
ΦB=V(d)/V(dL)一(dn—dSn)/(dLn—dSn)
此次研究以烧成砖配料为对象,取dL=5mm,按3级即5~3,3~1,1~0mm(实际为1—ds)作为粒度配料。采用机械破碎时,材料在1~0 mm粒度范围的实际最小粒度是不同的,故烧成砖的粒度组成理论研究的边界条件为:dL =5 mm,d=3,1 mm,ds=0.10,0.020,0.010,0.005 mm,n分别取0.33,0.35,0.37,0.39,0.41(n为颗粒具有不同分形维数时的分布指数)。结合我们的配料粒度,选取ds=0.005 mm时的计算结果,如下表:
、
在理论计算中,n值在最紧密堆积时的值为0.37,通过模型计算的最佳配比为粒度5~3占18.67%,粒度3~1占29.98%,粒度1~0占51.35%。结合我们的配方,由于黑镁砂中存在假颗粒,在混
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