高铝质超低水泥浇注料的物理和机械性能

研究了氧化铝对超低水泥(ULCC)浇注料物理、化学和机械性能的影响。通过混合氧化铝、碳化硅、碳、水泥、金属硅和硅微粉来制备棕色电熔氧化铝、板状氧化铝和回转铝矾土基超低水泥浇注料。在110℃干燥24h、1 450℃烧成并保温5h后,测定浇注料的体积密度、气孔率和常温耐压强度。采用渣侵蚀试验测定浇注料的抗渣渗透性,采用扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线光谱(EDX)和X射线衍射来描述浇注料。发现3种浇注料都具有较好的抗渣渗透性,其中板状氧化铝基浇注料具有最大的单位常温耐压强度及令人满意的气孔率。     

活性MgO和铝酸钙水泥结合刚玉-尖晶石浇注料性能对比

为改善刚玉-尖晶石浇注料的性能，以板状刚玉、活性氧化铝、烧结镁砂细粉为主要原料，分别以活性MgO和铝酸钙水泥(CAC)为结合剂制备了刚玉-尖晶石浇注料，对比了二者对1 600℃煅烧3 h后试样的显气孔率、烧后线变化率、常温抗折强度、常温耐压强度和抗CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃-SiO₂(CAFS)渣侵蚀性能的影响。结果表明：经1 600℃热处理后，与CAC结合的刚玉-尖晶石浇注料相比，活性MgO结合的刚玉-尖晶石浇注料的常温抗折强度和常温耐压强度较低，但其体积稳定性、对CAFS渣的抗侵蚀性和抗渗透性显著提高。     

添加Si粉-埋碳热处理对刚玉浇注料性能的影响

为了进一步提高刚玉浇注料的高温使用性能,在超低水泥刚玉浇注料中加入不同质量分数(分别为0、4%、6%、8%、10%)的Si粉,经振动浇注成型、养护、烘干后,在埋碳条件下于1 400℃热处理6 h,测定试样的加热永久线变化率及烧后试样的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度以及1 200和1 400℃的热态抗折强度,并对部分热处理后试样进行了XRD和SEM分析。结果表明:1)在刚玉浇注料中引入Si粉,并在埋碳条件下热处理可显著提高浇注料的热态强度。2)埋碳热处理后,试样中不仅形成了非氧化物SiAlON和SiC,而且生成了莫来石,可有效提高浇注料在1 400℃的热态强度。     

铝铬渣对用后镁铬砖制备镁铬浇注料性能的影响

为实现用后镁铬砖的综合利用,本文以用后镁铬砖回收料为主要原料制备镁铬质耐火浇注料,研究了铁合金厂铝铬渣对用后镁铬砖制备镁铬质耐火浇注料体积密度、显气孔率、常温耐压强度、热震稳定性及抗渣性的影响.结果表明:铝铬渣对用后镁铬砖制备镁铬浇注料具有一定的促烧结作用,随着铝铬渣加入量增加,烧后试样常温耐压强度增大.随着浇注料结构中原位尖晶石量增加,试样显气孔率增大,体积密度减小.当铝铬渣加入量为10％时,试样的热震稳定性最好,热震前后试样的常温耐压强度保持率为93.8％,试样具有较好抗渣侵蚀性能,侵蚀层结构稳定均匀.     

尖晶石对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

本文以板状刚玉、烧结尖晶石、活性α-Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥等为主要原料制备刚玉-尖晶石浇注料,研究了尖晶石的加入量及引入形式对试样性能的影响.研究结果表明:当烧结尖晶石颗粒为15%、细粉加入量为5%时,试样具有较好的性能指标,1600 ℃×3 h热处理后,试样的常温抗折强度和耐压强度分别达到22 MPa、110 MPa,体积密度和显气孔率分别为2.98 g/cm3和19%.     

锆莫来石加入量对刚玉质耐火浇注料抗热震性的影响

以电熔刚玉、锆莫来石、α-Al2O3微粉为主要原料,以铝酸钙水泥为结合剂,制备了刚玉质耐火浇注料.研究了锆莫来石加入量(质量分数分别为0、3％、6％、9％)对刚玉质耐火浇注料物理性能、物相组成和显微结构的影响.结果表明:随着锆莫来石加入量的增加,110℃×24 h烘干后试样体积密度呈先增大后减小,显气孔率呈先减小后增大趋势,常温抗折强度变化不大;1600℃×3h处理后耐火浇注料试样体积密度和常温抗折强度呈先增大后减小的趋势,1500℃×0.5 h高温抗折强度呈明显下降趋势.锆莫来石的引入对刚玉质耐火浇注料的抗热震性有所提高.综合各项性能,认为锆莫来石的最佳加入质量分数为3％.     

掺铬铁渣的铝镁系浇注料的制备与性能研究

为了综合利用生产高碳铬铁合金时产生的铬铁废渣,采用50%(w)的电熔镁砂颗粒、41%(w)的电熔镁砂粉+铬铁渣粉、5%(w)的高铝水泥、4%(w)的硅微粉制备了掺加铬铁渣的铝镁系浇注料,并研究了掺加不同量铬铁渣粉(镁砂粉与铬铁渣粉的质量比分别为0 10、1 10、2 10和3 10)的该浇注料经1 200℃3 h烧后的线变化率、体积密度、显气孔率、常温抗折强度、常温耐压强度、抗热震性和抗渣性。结果表明:掺加41%(w)铬铁渣的铝镁系浇注料经1 200℃3 h烧后的综合性能最佳,其常温耐压强度可达55 MPa,抗热震性和抗渣性良好。     

结合剂对Al2O3-MgAl2O4-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

以电熔镁铝尖晶石(粒度为5～3mm、3～1mm)和电熔白刚玉颗粒(粒度<1mm)以及白刚玉细粉、碳化硅细粉、活性αAl2O3微粉、Si粉和球状沥青等为主要原料,在保持基料的配比不变的条件下分别采用铝酸钙水泥(w,3%) SiO2微粉(w,2%)及ρAl2O3(w,4%)为结合剂,振动成型为Al2O3-MgAl2O4-SiC-C试样,室温养护24h后脱模,分别于110℃24h、1100℃3h和1500℃3h(埋炭)条件下热处理,然后测定试样的体积密度、显气孔率、线变化率、抗折强度、耐压强度和抗渣性。试验结果表明:铝酸钙水泥 SiO2微粉结合的浇注料流动性较好,经110℃24h、1100℃3h和1500℃3h(埋炭)热处理后,试样的显气孔率较小,体积密度较大,常温耐压强度和常温抗折强度优于以ρAl2O3为结合剂的;但是,采用铝酸钙水泥 SiO2微粉作结合剂的试样经1500℃埋炭3h处理后的线变化率较大,试样的高温抗折强度和抗侵蚀性能也明显低于ρAl2O3结合试样的。     

原位生成非氧化物对刚玉基浇注料性能的影响

为了进一步提高刚玉基浇注料的高温使用性能,在超低水泥刚玉浇注料中加入质量分数分别为0、4%、6%、8%、10%的硅粉,经振动浇注成型、养护、烘干后,在氮气气氛中于1 450℃氮化处理40 h,测定试样的加热永久线变化及烧后试样的显气孔率、体积密度、常温抗折强度和不同温度(分别为1 000、1 200、1 300和1 400℃)下的热态抗折强度,并对部分氮化后试样进行XRD和SEM分析。结果表明:1)随着硅粉加入量的增加,试样在氮化处理过程中从发生微收缩到发生微膨胀,显气孔率略有增大,体积密度和常温抗折强度下降,热态抗折强度显著提高;2)氮化处理后,试样中原位生成了非氧化物β-SiAlON、O’-SiAlON和α-Si3N4等。     

尖晶石种类和添加量对刚玉质透气座砖性能的影响

在以板状刚玉颗粒(10~5、5~3、3~1、≤1 mm)、板状刚玉细粉(≤0.074 mm)、氧化铝微粉、铝酸钙水泥等为原料,按骨料与基质质量比为70:30制备的纯刚玉质浇注料的基础上,分别采用w(Al2O3)≈88%的电熔富铝尖晶石细粉和w(Al2O3)≈72%的常规组成尖晶石细粉分别按3%、6%、9%的质量分数替代基础配方中的板状刚玉细粉制备了刚玉-尖晶石质浇注料,经110℃24 h、1 000℃3 h和1 650℃3 h处理后,研究了两种尖晶石细粉的添加量对浇注料常温物理性能、抗热震性和抗渣性能的影响。结果表明:1)随着富铝尖晶石细粉添加量的增加,110℃24 h和1 000℃3 h处理后试样的抗折强度和耐压强度均下降;添加常规组成尖晶石细粉的试样在相同温度下处理后抗折强度变化幅度不大,而耐压强度先略微上升后降低。2)随着两种尖晶石添加量的增加,1 650℃3 h处理后试样的体积密度先降低后上升,而线变化率先上升后下降。3)当两种尖晶石添加量(w)从3%增加至6%时试样经1 100℃水冷热震3次后的强度保持率增加幅度明显增大;试样的抗渣性随两种尖晶石添加量的增加均逐步改善。4)以富铝尖晶石添加量为9%(w)的配方制备的刚玉-尖晶石质透气座砖在国内某钢厂150 t钢包中使用,寿命较纯刚玉质的提高7~8炉,较添加常规组成尖晶石的提高4~5炉。     

骨料对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

为降低铁沟浇注料的原料成本和促进固体废弃物的资源再利用,分别以还原刚玉质骨料和棕刚玉骨料,在其他实验条件相同的前提下,制备了两种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料试样,研究对比了两种骨料对浇注料的性能的影响.结果表明:(1)试样分别经110℃和1100℃热处理后,以还原刚玉为骨料的试样(编号为1#)的体积密度皆低于以棕刚玉为骨料的试样(编号为0#),其显气孔率皆高于试样0#的;经1500℃热处理后,试样1#的体积密度高于试样0#的,其显气孔率低于试样0#的;经110℃、1100℃热处理后,试样1#的常温抗折强度皆高于试样0#的,而常温耐压强度表现则相反;经1500℃热处理后,试样1#的常温抗折强度和常温耐压强度皆高于试样0#的.(2)还原刚玉骨料玻璃相含量较高,致使试样1#的高温抗折强度低于试样0#的.(3)与试样0#相比,试样1#的抗侵蚀性较差,抗渗透性较好.综合考虑还原刚玉的各项性能可知,还原刚玉有望作为骨料替代棕刚玉在高炉出铁沟浇注料中的使用.     

不同种类再生刚玉对刚玉浇注料性能的影响

分别以板状刚玉、钢包再生刚玉、精炼炉再生刚玉为骨料,以板刚玉(≤0.074 mm)α-Al2O3微粉(D50=1.8 μm)、纯铝酸钙水泥及外加剂等原料为基质制作刚玉浇注料,研究了不同种类再生刚玉对刚玉浇注料性能指标的影响.结果表明:钢包再生刚玉及精炼炉再生刚玉的加入,导致刚玉浇注料的气孔率增大,体积密度、常温强度减小,抗渣性下降等.     

蓝晶石对硅溶胶结合Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

为了提高Al2O3-Si C-C浇注料在高温使用过程中的体积稳定性,用蓝晶石粉部分替代Al2O3-Si C-C浇注料中的白刚玉粉,研究了蓝晶石加入量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%、5%和6%)对浇注料经烘干和1 400℃保温3 h热处理后物理性能的影响。结果表明:随着蓝晶石加入量的增加,试样经1 400℃保温3 h热处理后由微收缩逐渐变为微膨胀,体积稳定性以蓝晶石加入量为5%(w)时为最好。经110℃烘24 h后试样的显气孔率、常温耐压强度和常温抗折强度变化都很小,体积密度基本上呈降低趋势;经1 400℃保温3 h热处理后试样的显气孔率基本上呈先升高后降低的变化趋势,体积密度则呈相反的变化趋势,并且均以蓝晶石加入量3%(w)为拐点;常温耐压强度和常温抗折强度略有降低,但降低幅度很小。同一配比的试样,1 400℃保温3 h热处理后的体积密度、显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度均比经110℃烘24 h后的高。XRD、SEM和EDS分析表明,蓝晶石发生了一次莫来石化反应而产生体积膨胀,有效缓解了试样的烧结收缩,使试样具有较好的体积稳定性。     

镁砂颗粒加入量对高纯铝镁浇注料性能的影响

为了降低刚玉-尖晶石浇注料的原料成本,以粒度8~5 mm的烧结镁砂等量取代刚玉浇注料中8~5 mm的板状刚玉,取代量(w)分别为0、10%、15%、20%、30%,经配料、混练、成型、干燥后,分别在1 000和1 500℃保温3 h热处理,检测干燥及热处理后试样的致密度、常温强度,热处理后试样的线变化率,干燥后试样的高温抗折强度和抗渣性能,并按最佳配方生产钢包座砖预制块进行了现场应用试验。结果表明:1)随着镁砂颗粒加入量的增加,烘干后试样的体积密度减小,显气孔率略有增大,强度变化不大且没有明显的规律;1 000和1 500℃保温3 h热处理后线变化率增大,体积密度减小,显气孔率增大,强度下降,高温抗折强度减小;抗渣侵蚀性和抗渣渗透性变差,但在镁砂颗粒加入量为10%(w)时并未明显下降。2)镁砂颗粒加入量为10%(w)的浇注料在工业应用试验中取得较满意的效果,并且每吨浇注料的原料成本下降约300元。     

电熔白刚玉细粉对RH炉用刚玉质浇注料性能的影响

为进一步提高RH炉用刚玉质浇注料的抗热震性,以烧结刚玉为骨料,烧结刚玉粉、活性氧化铝微粉和铝酸钙水泥(Secar 71)为基质,用电熔白刚玉粉替代基质中烧结刚玉粉,研究了电熔白刚玉加入量对RH炉浇注料1 600℃烧后体积密度、显气孔率、线变化、常温抗折强度、常温耐压强度以及抗热震性能的影响,并用SEM对试样进行显微结构分析。结果表明:随着电熔白刚玉粉加入量的增加,试样的体积密度、热震次数逐渐增加,显气孔率、线变化率逐渐减小,这与试样中生成的六铝酸钙量有关。当电熔白刚玉粉替代量为20%(w)时,试样的抗热震性最好。     

h-BN加入量对低水泥刚玉质浇注料性能的影响

为了提高低水泥刚玉质浇注料中温处理后的强度和抗热震性,在其配料中引入不同量的h-BN粉(其质量分数分别为0、0.5%、1%、1.5%和2%),经成型、养护、脱模、烘干、750℃热处理后,检测试样的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、常温耐压强度、抗热震性,并进行XRD分析。结果表明:随着h-BN加入量的增加,750℃处理后试样的显气孔率有所减小,体积密度逐渐减小,常温耐压强度逐渐增大,常温抗折强度也呈增大趋势,抗热震性逐渐改善。可见,加入h-BN有助于提高低水泥刚玉质浇注料中温处理后强度和抗热震性。     

板状刚玉细粉和氧化铝微粉对铝矾土基喷涂料性能的影响

以铝矾土为主要原料,铝酸钙水泥、硅微粉为结合体系制备了铝矾土基喷涂料,分别经1000、1300和1500℃保温3h处理后,研究了板状刚玉细粉和氧化铝微粉对喷涂料试样性能的影响。结果表明:板状刚玉细粉和氧化铝微粉对铝矾土基喷涂料的体积密度影响不大,但经1000℃处理后,同时含有板状刚玉细粉和氧化铝微粉的试样表现出更高的抗折强度和耐压强度;仅含有氧化铝微粉的试样耐磨性能优于含有板状刚玉细粉的,而仅含有板状刚玉细粉试样的抗热震性能优于含有氧化铝微粉的。     

硅溶胶对刚玉浇注料性能的影响

以5～8、3～5、1～3及≤1 mm的电熔刚玉为骨料,致密刚玉粉(≤0.074 mm)、白刚玉粉(≤0.043mm)及α-Al2O3微粉为细粉,矾土水泥和硅溶胶为结合剂,按骨料、粉料质量比为64∶36配料制成试样,自然养护后于110℃24 h烘干,然后分别于815℃3 h、1 100℃3 h和1 400℃3 h热处理。对处理后试样进行了常温抗折强度、耐压强度、体积密度、线变化率和抗热震性能的检测及显微结构分析。结果表明:硅溶胶结合浇注料于1 100℃3 h处理后的抗折强度和耐压强度分别达到27.1和178 MPa,远高于相同温度下水泥结合浇注料的;硅溶胶结合浇注料在20～1 100℃水冷热震循坏100次后基本没有出现裂纹,其耐压强度损失率仅为24.4%,而水泥结合的浇注料热震循坏49次后就完全开裂。     

TiO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉粉、电熔尖晶石粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥、金红石型TiO2为基质,按骨料、基质质量比为70:30配料,用金红石型TiO2替代≤0.044 mm电熔白刚玉细粉,其加入量(w)分别为0、2%、4%和6%,加水混匀后振动浇注成25 mm×25 mm×125 mm的试样,于室温下养护24 h后脱模,经110℃24 h烘干后,分别经1 100、1 300、1 500℃热处理3 h后,进行常温物理性能、热态抗折强度、抗热震性的研究,并利用SEM对部分试样在1 400℃下高温抗折强度试验后的断口形貌进行分析。结果表明:(1)1 300和1 500℃烧后试样基质中主要物相为刚玉、尖晶石、钛酸铝和六铝酸钙;随TiO2加入量的增加,TiO2与Al2O3反应生成的钛酸铝衍射峰强度逐渐增加。(2)加入TiO2对1 100和1 300℃烧后刚玉-尖晶石浇注料的显气孔率、体积密度和线变化率影响较小;但使1 500℃烧后浇注料的显气孔率降低,体积密度增加,体积变化从微膨胀到收缩。(3)加入2%TiO2可明显提高浇注料的常温强度,但加入量>4%时明显降低了浇注料的常温强度。(4)加入TiO2对浇注料的高...     

纳米碳酸钙对无水泥结合刚玉浇注料力学性能和显微结构的影响

以板状刚玉、氧化铝微粉、商品纳米碳酸钙、Alphabond300为主要原料,FS10为减水剂,制备了不同纳米碳酸钙含量的刚玉浇注料试样,并测定了其经1000℃及1600℃热处理后的显气孔率、体积密度和耐压强度。利用扫描电子显微镜观察了材料的微观结构。结果表明,在减水剂加入量一定时,随纳米碳酸钙加入量的增加,需水量逐渐增加,显气孔率逐渐升高,耐压强度也逐渐提高。在控制浇注料流动值基本一致的情况下,随纳米碳酸钙加入量的增加,显气孔率明显增大,耐压强度逐渐提高。