Cr2O3对矾土基喷涂料性能的影响＊

张 巍 戴文勇

（派力固（大连）工业有限公司 辽宁 大连 116600）

Cr2O3对矾土基喷涂料性能的影响＊

张 巍 戴文勇

（派力固（大连）工业有限公司 辽宁 大连 116600）

以铝矾土为主要原料，铝酸钙水泥、硅微粉为结合系统，分别研究了不同添加量的Cr2O3对矾土基喷涂料性能的影响。试样自然干燥24h脱模后，再经110℃烘干24h，分别于1 000℃、1 300℃和1 500℃热处理3h。检测各温度热处理后试样的线变化率、体积密度、抗折强度、耐压强度以及试样的热膨胀系数、耐磨性能和抗热震性能。结果表明，在矾土基喷涂料中添加Cr2O3不利于提高材料的低温和中温强度，但利于提高材料的高温强度；在矾土基喷涂料中添加Cr2O3不能提高材料的耐磨性能；试样中添加Cr2O3后增大了试样的热膨胀系数。添加适量的Cr2O3可提高试样的抗热震性能；过量的添加Cr2O3会对试样的抗热震性产生负面的影响。

Cr2O3喷涂料 热处理温度 耐磨性能 热膨胀系数 抗热震性能

前言

矾土基喷涂料具有氧化铝含量高，耐火度高，强度高和耐磨性好等优良性能，主要用于工业窑炉的衬里［1～3］。其中用量最多的为冶金工业，钢铁冶金工业的高炉、热风炉、加热炉、均热炉，以及有色金属工业的回转窑、沸腾炉、熔铝炉和有色金属加热炉等热工设备［4～5］。为进一步改善矾土基喷涂料的性能，本工作在已有研究的基础上［6～8］，研究了在矾土基喷涂料中添加不同含量的分析纯Cr2O3对材料性能的影响，以适应不断苛刻的应用条件。

1 实验

1.1 实验原料及方案

本实验的主要原料为铝矾土、板状刚玉、叶腊石、蓝晶石、硅微粉和铝酸钙水泥。所用原料的主要化学组成见表1。

表1 原料的主要化学组成（质量%）Tab.1 Chemical compositions of raw materials

矾土基喷涂料的配方如表2所示。按照表2配方组成进行配料。具体是将骨料及粉料加入搅拌罐中，搅拌均匀后再加入水搅拌3min，然后制备成160mm×40 mm×40mm的试样。试样经110℃烘干后分别于1 000℃、1 300℃和1 500℃保温3h煅烧，分别测试经过不同热处理温度后试样的体积密度、线变化率、抗折强度和耐压强度。制备直径20mm×100mm的试样，用于测试材料的热膨胀系数。制备114mm×114mm×25 mm的试样，用于测试材料的耐磨性。制备160mm×40mm×40mm的试样，经110℃烘干再经1 300℃保温3h煅烧，用于测试材料的抗热震性。

表2 矾土基喷涂料的配方组成（质量%）Tab.2 Composition of bauxite based gunning refractory

1.2 性能测试

采用YB/T5200－1993致密耐火浇注料显气孔率和体积密度试验方法，YB/T5203－1993致密耐火浇注料线变化率试验方法，YB/T5201－1993致密耐火浇注料常温抗折强度和耐压强度试验方法，分别检测烧成后试样体积密度、线性变化率、抗折强度和耐压强度。采用GB/T 7320.1—2000耐火材料热膨胀试验方法——顶杆法检测试样的热膨胀系数。采用GB/T18301—2001耐火材料常温耐磨性试验方法检测试样的常温耐磨性。用游标卡尺测定试样的收缩量，并通过计算求得它的线性变化率及体积密度。

用日本产CT－1000型抗折实验机测试试样的抗折强度。用日本产MS－20－S1型耐压试验机测试试样的耐压强度。用RPZ－03型高温热膨胀仪测试试样的热膨胀系数。用NM－2型耐磨试验机测试试样的常温耐磨性。用RZ－2A型高温热震稳定性试验炉测试试样的抗热震性。

实验工艺：将电炉升温到1 100℃±10℃保温30 min，然后将试样迅速放入电炉中，在1 100℃保温15 min，使试样从表面到内部受热均匀后，将试样取出，置于室温循环水中快冷。试样在水中冷却3min后立即取出，在空气中自然冷却至室温，重复5次，测量试样残余强度并计算抗折强度保持率。

2 结果与讨论

2.1 Cr2O3添加量对试样物理性能的影响

试样在烘干后和烧结后的物理性能如表3所示。由表3可以看出：①含有不同添加量Cr2O3的试样经过110℃烘干，以及经过1 000 ℃、1 300 ℃和1 500 ℃热处理后，体积密度呈现先减小后增大的变化规律。3组试样经过110℃烘干和1 000℃热处理后，试样的体积密度随着Cr2O3添加量的增加而减小；经过1 300℃热处理后，3组试样的体积密度相差不大；经过1 500℃热处理后，试样的体积密度随着Cr2O3添加量的增加而增大。②含有不同添加量Cr2O3的试样经过110℃烘干后，3组试样的线收缩率相差不大；经过1 000℃和1 300℃热处理后，试样C1和C2的线收缩率要小于C0的线收缩率；而经过1 500℃热处理后，试样C1和C2的线收缩率要大于C0的线收缩率。同时，试样经过110℃烘干，以及经过1 000℃、1 300℃和1 500℃热处理后，含有Cr2O3的两组试样C1和C2之间的线收缩率相差不明显。③含有不同添加量Cr2O3的试样经过110℃烘干，以及经过1 000℃、1 300℃和1 500℃热处理后，抗折强度和耐压强度呈现先减小后增大的变化规律。试样经过110℃烘干，以及经过1 000℃和1 300℃热处理后，添加Cr2O3试样的抗折强度和耐压强度均小于未添加Cr2O3试样的抗折强度和耐压强度。

而经过1 500℃热处理后，添加Cr2O3试样的抗折强度和耐压强度大于未添加Cr2O3试样的抗折强度和耐压强度。

表3 试样的物理性能Tab.3 Physical properites of specimens

2.2 Cr2O3添加量对试样耐磨性能的影响

图1示出了含有不同添加量Cr2O3的试样经过1 000℃和1 300℃热处理后的磨损量。由图1可以看出，经过1 000℃热处理后未添加Cr2O3的试样C0的磨损量小于添加Cr2O3的试样C1和C2；而经过1 300℃热处理后，C1试样的磨损量大于C0试样的磨损量，C2试样的磨损量也未明显小于C0试样的磨损量。由此可以得出，在矾土基喷涂料中添加Cr2O3不能提高材料的耐磨性能。

图1 Cr2O3添加量对试样常温耐磨性的影响Fig.1 Effect of addition of Cr2O3on abrasion resistance of specimens

2.3 Cr2O3添加量对试样热膨胀系数的影响

图2示出了含有不同添加量Cr2O3试样的热膨胀系数与热处理温度的关系曲线。由图2可以看出，添加Cr2O3试样C1和C2两组试样的热膨胀系数要略大于未添加Cr2O3试样C0的热膨胀系数，并且添加Cr2O3的两组试样之间的热膨胀系数相差不明显。因此可以得出，在矾土基喷涂料中添加Cr2O3后会增大材料的热膨胀系数。

此外，3组试样均表现出相同的变化规律，即在200～450℃时，热膨胀系数随着热处理温度的提高而减小；在450～900℃时，热膨胀系数随着热处理温度的提高而增大；在900～1 100℃，热膨胀系数随着热处理温度的提高而减小；在1 100～1 300℃时，热膨胀系数随着热处理温度的提高趋于平缓；在1 300～1 400℃时，热膨胀系数随着热处理温度的提高而减小。

图2 含有不同添加量Cr2O3试样的热膨胀系数与热处理温度的关系曲线Fig.2 Thermal expansion coefficient of specimens with different addition of Cr2O3at different heat treatment temperatures

2.4 Cr2O3添加量对试样抗热震性能的影响

图3 Cr2O3添加量与热震后抗折强度的关系图Fig.3 Bar diagram of modulus of rupture after thermal shocking and addition of Cr2O3

图3、图4分别为Cr2O3添加量与热震后抗折强度、Cr2O3添加量与抗折强度保持率的关系曲线。从图3、图4中可以看出，C1试样的热震后强度和强度保持率均最大，其抗热震性相对最好。但过多的添加Cr2O3则不利于试样抗热震性能的提高。由此可知，添加适量的Cr2O3可提高试样的抗热震性能。

图4 Cr2O3添加量与抗折强度保持率的关系图Fig.4 Bar diagram of conservation rate of modulus of rupture and addition of Cr2O3

3 结论

1）在矾土基喷涂料中添加Cr2O3不利于提高材料的低温和中温强度，但有利于提高材料的高温强度。

2）在矾土基喷涂料中添加Cr2O3不能提高材料的耐磨性能。

3）试样中添加Cr2O3后增大了试样的热膨胀系数。

4）添加适量的Cr2O3可提高试样的抗热震性能，但过量的添加Cr2O3会对试样的抗热震性产生负面的影响。

1 张巍，小宫山勇，戴文勇，等.一种高铝喷涂料的开发.耐火与石灰，2009，34（3）：8～10

2 张巍，戴文勇，李亮.粘土对铝矾土基喷涂料性能影响的研究.现代技术陶瓷，2009（1）：12～14

3 Zhang Wei，Dai Wenyong，Yu Xinfeng，et al.Effect of heat treatment temperature on properties of Chinese calcined flint clay based plastic refractories.China＇s Refractories，2009，18（2）：27～29

4 徐维忠.耐火材料.北京：冶金工业出版社，1995

5 张巍，戴文勇，孙杰.氧化镁在铝硅系耐火材料中的应用研究.无机盐工业，2010，42（7）：58～62

6 张巍，戴文勇.不同粒度叶腊石对铝矾土基喷涂料性能的影响.矿物学报，2010，30（2）：230～234

7 张巍，么荫智，戴文勇.蓝晶石对铝矾土基喷涂料性能的影响.非金属矿，2009，32（3）：27～32

8 张巍，戴文勇，李亮.热处理温度对铝矾土基喷涂料性能的影响.热处理技术与装备，2009，30（5）：16～19

Effect of Cr2O3on Properties of Bauxite Based Gunning Refractory

Zhang Wei，Dai Wenyong（Plibrico（Dalian）Industries Co.，Ltd，Liaoning，Dalian，116600）

Effect of different additions of Cr2O3on properties of bauxite based gunning refractory were investigated respectively with bauxite as raw materials，calcium aluminate cement and silica flour as binders.After 24hcuring in mould and another 24hcuring at 110℃ after demoulding，the specimens were heat treated at 1 000℃，1 300℃and 1 500℃for 3h，respectively.The permanent linear change，bulk density，modulus of rupture and clod crushing strength，thermal expansion coefficient，abrasion resistance and thermal shock resistance were examined.The results show that adding Cr2O3into bauxite based gunning refractory went against to improve the strength of materimals at low temperature and intermediate temperature，but was good for improving the strength of materimals at high temperature.Adding Cr2O3into bauxite based gunning refractory could not improve the abrasion resistance of the materimals.Adding Cr2O3into the specimens increased the thermal expansion coefficient of specimens.Adding right addition of Cr2O3could improeve the thermal shock resistance of specimens，but adding excessive addition of Cr2O3could make the thermal shock resistance slightly deteriorate.

Cr2O3；Gunning refractory；Heat treatment temperature；Abrasion resistance；Thermal expansion coefficient；Thermal shock resistance

TB332 TQ175.7

A

1002－2872（2011）04－0016－03

张巍（1982－）硕士，工程师；主要从事不定形耐火材料的研究。E－mail：cnzhangwei2008@126.com