影响Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料使用寿命的因素及改进措施

简要介绍了Al2O3-SiC-C质浇注料的现状与组成,分析了Al2O3-SiC-C质浇注料作为铁沟内衬用材料存在的主要损毁因素,系统总结了改进并提高Al2O3-SiC-C质浇注料性能的研究进展。     

改性石墨对Al2O3-SiC-C质浇注料性能的影响

以传统Al2O3-SiC-C质浇注料的基本配方为基础,制备成沥青质量分数为2%的Al2O3-SiC-C质浇注料和改性石墨质量分数分别为2%、4%和6%的Al2O3-SiC-C质浇注料,对比研究了这几种浇注料的流动性及经110℃、1 100℃和1 500℃处理后浇注体的体积密度、体积稳定性、强度、抗氧化性和抗渣性。结果表明:随着碳源由沥青改为改性石墨以及随着改性石墨加入量的增多,浇注料的需水量增多;不同温度处理后浇注体的体积密度均先增后降;烘干后强度降低较多,烧后强度变化相对较小;抗氧化性差别不大;高温抗折强度明显提高;添加改性石墨的浇注料比添加等量沥青的抗渣性差,但随着改性石墨加入量的逐渐增多,其抗渣性又有所提高。     

MgAlON对Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

目前,在高炉出铁沟用耐火浇注料中,采用较多的是Al2O3-SiC-C质浇注料.MgAlON合成原料的研制和应用,是近年来广大研究者普遍关注的热点之一.为此,研究了在Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料中用MgAlON合成原料替代SiC和部分刚玉对浇注料性能的影响.     

ZrO2喷涂层对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

对Al2O3-SiC-C质浇注料分别进行110℃、300℃和500℃预处理,然后采用喷涂工艺在其表面制备氧化锆涂层,借助光学显微镜和SEM研究氧化锆涂层对Al2O3-SiC-C质浇注料的抗氧化性和抗侵蚀性的影响.研究表明:经300℃预处理,采用喷涂工艺喷涂一次,Al2O3-SiC-C质浇注料的抗氧化性和抗侵蚀性较好.     

高炉非金属冷却壁用Al_2O_3-SiC-C质浇注料的研制

为了提高高炉非金属冷却壁用Al2O3-SiC质浇注料的抗渣性,在其中引入人造石墨,研制了高炉非金属冷却壁用Al2O3-SiC-C质浇注料,着重研究了六偏磷酸钠(SHP)、聚丙烯酸钠(PAANa)、萘系减水剂(NTD)和SkipLiquid型减水剂(SL)4种分散剂及其加入量对这种含碳浇注料流动性、耐压强度、体积密度和显气孔率的影响以及碳(人造石墨)的添加量对浇注料试样的耐压强度、体积密度、显气孔率和抗渣性能的影响。结果表明:1)分散剂SL的效果最好,其最优外加量为0.2%;2)人造石墨添加量为5%时,浇注料试样的抗渣性能和烧后耐压强度达到最优,综合性能最佳。     

蓝晶石粉加入量对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔棕刚玉、碳化硅、蓝晶石粉、α-Al2O3微粉、球状沥青等为原料,以纯铝酸钙水泥为结合剂,研究了蓝晶石粉加入量(质量分数分别为0、2％、4％、6％)对Al2O3-SiC-C质浇注料性能的影响.结果表明:随着蓝晶石粉的增加,1450℃×3h处理后Al2O3-SiC-C质浇注料的体积密度减小,线变化率逐渐增加,中温和高温强度都有一定程度的提高,但加入量超过6％以后,浇注料的高温抗折强度会有所下降.蓝晶石作为Al2O3-SiC-C质浇注料的膨胀剂合理使用,可以减少耐火材料在高温和冷却过程中产生的收缩裂纹和剥落,从而延长耐火材料的寿命.     

分散剂对Al2O3-SiC-C系超低水泥浇注料自流性的影响

研究了几种分散剂对Al2O3-SiC-C系超低水泥高铝浇注料自流性的影响。根据表观黏度、基质的pH值和浇注料的自流值来评价不同分散剂对高铝浇注料性能的影响。研究表明,在Al2O3-SiC-C系浇注料中,加入0.06%聚丙烯酸钠,浇注料的流动性最好。     

废Al_2O_3-SiC-C砖在铁沟浇注料中的回收利用

为了开发废Al2O3-SiC-C砖的回收利用,以废Al2O3-SiC-C砖颗粒作为骨料取代高铝均化料,制备了一系列废Al2O3-SiC-C砖不同掺入量(质量分数25%、40%和55%)的铁沟浇注料。从试验检测结果和现场使用效果两方面对废Al2O3-SiC-C砖颗粒取代高铝均化料的可行性进行了对比分析,并从经济效益和社会效益两方面对废Al2O3-SiC-C砖的回收利用进行了综合评估。结果表明:随着废Al2O3-SiC-C砖掺入量的提高,浇注料的需水量逐渐增多,体积密度逐渐降低,烧后线变化率逐渐减小,强度略有降低但仍保持着较高水平,抗渣侵蚀性能未受明显影响;与原浇注料相比,掺入质量分数为40%的废Al2O3-SiC-C砖颗粒的浇注料在中小型高炉出铁场支沟及渣沟上的使用效果差别较小,寿命降低不明显,而原材料成本可大幅降低;另外,由于对废Al2O3-SiC-C砖进行了回收再利用,减少了大量固体废弃物堆砌造成的资源浪费与环境破坏,因此产生了显著的社会效益。     

SiAlON增强Al_2O_3-SiC-C铁沟料用后分析

对原位SiAlON增强Al2O3-SiC-C铁沟浇注料进行了工业应用试验,并对用后铁沟浇注料残样进行了XRD、SEM和EMPA分析.结果表明:1)SiAlON增强Al2O3-SiC-C铁沟浇注料抗侵蚀性优良,一次性通铁量达到15万t以上;2)用后SiAlON增强Al2O3-SiC-C铁沟浇注料可分为蚀变层、反应层和原质层,各层中均有粒状β-SiAlON分布;3)SiAlON增强Al2O3-SiC-C铁沟浇注料在现场使用环境下比在实验室条件下更容易原位生成β-SiAlON,β-SiAlON的生成是该浇注料具有优良使用性能的根本原因.     

含尖晶石铁沟料长期使用中的损毁问题

Al2O3-SiC-C系浇注料和含尖晶石Al2O3-SiC-C系浇注料都是用于高炉出铁沟主沟的浇注料,具有较好的耐用性。但是,含尖晶石Al2O3-SiC-C系浇注料长期使用时存在易损毁的问题。损毁的主要原因是随着尖晶石晶粒中的MgO向基体中扩散,加速了SiC的氧化,生成低熔点混合物,同时生成二次尖晶石。     

改性石墨对Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

为了解决鳞片石墨因密度小、润湿性差和分散困难而难以在浇注料中使用的问题,首先采用硅烷偶联剂KH-560对≤0.178和≤0.074 mm的鳞片石墨分别进行改性处理,得到两种粒度的改性石墨;然后在传统Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料配方(w):电熔致密刚玉62%、SiC粉24%、α-Al2O3微粉5%、纯铝酸钙水泥4%、SiO2微粉3%、球状沥青(≤1 mm)2%的基础上,分别用0.5%(w)的改性前后的石墨等量取代球状沥青,以研究KH-560硅烷偶联剂改性鳞片石墨对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响。结果表明:与原石墨相比,改性后石墨的分散性明显改善,浇注料的需水量大幅降低,且加入≤0.178 mm改性石墨的试样分散效果较好;含石墨试样的常温物理性能均有所下降,但加入≤0.178 mm改性石墨的试样强度和体积密度都明显高于加入其他石墨的,仅略低于无石墨的;加入石墨的试样抗渣性能明显得到提高,且加入≤0.178 mm改性石墨试样的抗渣性能最佳。综合考虑浇注料的各项性能,认为经硅烷偶联剂改性的鳞片石墨可部分取代球状沥青,且最佳粒度为≤0.178 mm。     

氮化硅铁对Al2O3-SiC-C系铁沟浇注料性能的影响

为了解决Al2O3-SiC-C系铁沟浇注料在高温使用过程中易氧化的问题,以棕刚玉颗粒、致密刚玉细粉、碳化硅颗粒和细粉、球状沥青、硅粉、Secar 71水泥、氮化硅铁等为原料,制备了Al2O3-SiC-C系铁沟浇注料,并研究了添加5%(w)氮化硅铁对该浇注料施工性能、物理性能、抗氧化性的影响,同时分别采用静态抗渣和回转抗渣试验对抗渣性能进行评价。结果表明:1)与不加氮化硅铁的常规铁沟浇注料相比,添加氮化硅铁的铁沟浇注料的常温强度略低,但是同样具备良好的施工性能和足够的脱模强度;2)添加氮化硅铁的铁沟浇注料具有较高的高温抗折强度和高温抗氧化性能;3)添加氮化硅铁的铁沟浇注料具有良好的静态抗渣能力,但是在强氧化环境和热态冲蚀同时作用的铁沟部位,不建议使用含氮化硅铁的Al2O3-SiC-C材料。     

高炉出铁沟用自流浇注料的研究

研究了颗粒级配、微粉的种类和加入量、SiC含量以及减水剂种类对高炉出铁沟用Al2O3－SiC－C质自流浇注料性能的影响。研制了性能良好的出铁沟用自流浇注料。     

Al2O3-MgAl2O4-SiC-C耐火浇注料中SiC氧化的动态评价

MgAl2O4可以加快Al2O3-MgAl2O4-SiC-C耐火浇注料中二氧化硅的氧化。采用FactStage誖软件进行了动态计算以便研究MgAl2O4对碳化硅氧化的作用。根据动态预测,在1500℃的还原气氛下,没有证据表明尖晶石会直接影响碳化硅的氧化。在Al2O3-SiC-C浇注料成分中碳化硅含量的增加与莫来石和碳的反应有关。另一方面,在Al2O3-MgAl2O4-SiC-C浇注料成分中产生的碳化硅与来自于耐火材料中的液相二氧化硅和碳的反应有关,较低的碳化硅含量是由于耐火材料的相转变所致。     

分散剂和促凝剂对Al2O3-SiC-C浇注料流动性能的影响

研究了分散剂六偏磷酸钠和聚丙烯酸钠对Al2O3-SiC-C质浇注料流动性的影响,以及促凝剂镁盐和铝盐对以六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠为分散剂的Al2O3-SiC-C质浇注料的促凝效果.结果发现浇注料的流动值随六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠加入量的改变而改变;以六偏磷酸钠作分散剂,其加入量为0.03%时,浇注料的流动值最大;以聚丙烯酸钠作分散剂,其加入量为0.05%时,浇注料的流动值最大;镁盐和铝盐对以六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠作分散剂的浇注料有良好的促凝作用,但分散剂不同时其促凝机理也不同.     

硅铝凝胶粉结合SiAlON增强A1_2O_3-SiC-C浇注料

以电熔致密刚玉和碳化硅为骨料,硅铝凝胶粉、氮化硅粉、硅粉为细粉,制成SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料,研究了硅铝凝胶粉的加入量分别为1%、3%、5%(质量分数,下同)时对此浇注料的烧结性能、力学性能的影响。结果表明:采用硅铝凝胶粉取代纯铝酸钙水泥作结合剂,可使SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料在经中温、高温热处理后的常温抗折强度及耐压强度较大提高,中温、高温强度提高幅度更大。另外,随着硅铝凝胶粉加入量的增加,浇注料的常温及高温强度呈先增大而后减小的趋势。由X射线衍射和扫描电镜分析结果可知,硅铝凝胶粉的加入既有利于降低βSiAlON的生成温度,又可以减少材料中的低熔物质。分布均匀、发育良好的粒状βSiAlON的形成是SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料较水泥结合浇注料强度高的根本原因。     

硅铝凝胶粉结合SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料

以电熔致密刚玉和碳化硅为骨料,硅铝凝胶粉、氮化硅粉、硅粉为细粉,制成SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料,研究了硅铝凝胶粉的加入量分别为1%、3%、5%(质量分数,下同)时对此浇注料的烧结性能、力学性能的影响.结果表明采用硅铝凝胶粉取代纯铝酸钙水泥作结合剂,可使SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料在经中温、高温热处理后的常温抗折强度及耐压强度较大提高,中温、高温强度提高幅度更大.另外,随着硅铝凝胶粉加入量的增加,浇注料的常温及高温强度呈先增大而后减小的趋势.由X射线衍射和扫描电镜分析结果可知,硅铝凝胶粉的加入既有利于降低β-SiAlON的生成温度,又可以减少材料中的低熔物质.分布均匀、发育良好的粒状β-SiAlON的形成是SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料较水泥结合浇注料强度高的根本原因.     

原位生成SiAlON增强Al2O3-SiC-C铁沟浇注料的力学性能

根据热力学计算,在还原气氛下,通过引入Si3N4和提高Si的加入量等途径原位合成制备出SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料是完全可行的.实验研究了Si3N4的加入量和Si的加入量对Al2O3SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响.结果发现随着Si3N4加入量的提高,材料的力学性能先增大,后减小,加入量为6%时材料力学性能最佳;Si的加入量对材料性能的影响较为显著,材料的力学性能随着其加入量的增多而逐渐提高,其最佳加入量为5%.XRD及SEM分析结果表明,SiAlON增强Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能优良的根本原因是由于Si3N4、Si与Al2O3原位反应生成的SiAlON改变了材料基质结合形式,提高了基质的固-固直接结合率.     

Al2O3-SiC-C耐火材料抗CaO-SiO2-K2O渣侵蚀性能研究

研究了Al2O3-SiC-C耐火材料的抗CaO-SiO2-K2O渣侵蚀性能,以及添加Cr2O3对Al2O3-SiC-C材料抗渣侵蚀性能的影响.研究结果表明CaO-SiO2-K2O熔渣对Al2O3-SiC-C材料具有明显的侵蚀作用;在Al2O3-SiC-C材料中添加适量的Cr2O3可以有效地抑制CaO-SiO2-K2O熔渣向耐火材料内部的渗透,降低耐火材料的侵蚀速度.     

单铁口高炉出铁沟用Al_2O_3-SiC-C质快干防爆浇注料的研制及铁沟的储铁式改造

在大型高炉用低水泥Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的基础上,通过添加促硬剂、防爆剂,研制了能在热态下施工的环保、长寿的单铁口高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C质快干防爆浇注料,同时,将出铁主沟改造为储铁式结构,将撇渣器过梁改为可更换式。在450m3高炉铁沟上的使用实践表明:改造后的铁沟未经修补可连续使用69d,出铁12万t;第一次修补历时12h,烘烤时间仅1h左右。结果显示:该技术可以大幅度延长单铁口高炉铁沟寿命,并彻底改变单铁口高炉出铁场的工作环境。