烧结法合成镁铁铝复合尖晶石

以氢氧化铁、活性氧化铝和轻烧镁粉为原料,外加3％石墨,按质量比37:36:27进行配料,制得φ20 mm×10 mm的试样,经1550℃保温3 h和6 h高温烧成.采用XRD、SEM和EDS等手段对烧后试样的物相组成和显微结构进行表征.结果表明:经过XRD物相分析,保温3 h的试样中物相组成为镁铁铝复合尖晶石相、刚玉相和铁铝尖晶石相三相;保温6 h的试样中存在两种矿物相Mg8.13 Al14.75 Fe1.13O32和Al15.44 Fe6.16 Mg2.32O32;XRD精修处理后,保温6 h的试样中两种镁铁铝复合尖晶石的结构分别为(Mg0.23 Fe2+0.54 Fe3+0.06 Al0.17)Ⅳ(Mg0.03 Fe2+0.065 Fe3+0.02 Al0.88)ⅥO4.000和(Mg0.708Fe0.056Al0.237)Ⅳ(Mg0.154Fe0.0425Al0.8035)ⅥO4.000;通过SEM和EDS微观结构分析,保温3 h的试样由深灰色的FeO·Al2O3和浅灰色的镁铁铝复合尖晶石两种物质组成;保温6 h的试样中FeO·Al2O3和MgO·Al2O3互相扩散,生成两种镁铁铝复合尖晶石,一种呈灰色Mg含量低、Fe含量高,另一种呈亮白色Mg含量高、Fe含量低.     

烧成温度对镁铁铝尖晶石砖性能的影响

为确定以烧结铁铝尖晶石为主原料制备镁铁铝尖晶石砖时的烧成温度,采用粒度为5~3、≤3、≤0.088 mm的高纯镁砂(质量分数分别为36%、28%和31%)和反应烧结制备的粒度≤0.088 mm铁铝尖晶石粉(质量分数为5%)为主要原料,以纸浆废液为结合剂,经配料、混料、成型和烘干后,在隧道窑中分别于1 450、1 500、1 550、1 600和1 650℃下烧成制备了镁铁铝尖晶石砖,检测了其体积密度、显气孔率、耐压强度、常温抗折强度、抗热震性和挂窑皮性,并分析了试样的物相和显微结构。结果表明:在1 450~1 650℃,随着烧成温度的升高,镁铁铝尖晶石砖的常温耐压强度和常温抗折强度逐渐增大,抗热震性逐渐减小;烧成温度为1 550℃时制备的镁铁铝尖晶石砖有较大的体积密度和较小的显气孔率,挂窑皮性也最好,其主晶相为Mg O、Fe Al2O4和镁铁铝复合尖晶石。     

TiO2对电熔合成镁铝尖晶石的影响

以轻烧氧化镁粉、工业氧化铝为原料合成电熔镁铝尖晶石材料,重点研究二氧化钛为添加剂对电熔合成镁铝尖晶石的物相组成,显微结构的影响,通过XRD,SEM分析试样的物相组成、晶胞参数和断口的微观形貌.研究发现:二氧化钛为外加剂可以增大镁铝尖晶石的晶胞参数、提高材料的体积密度进而改善材料的烧结性能,并且随着二氧化钛加入量的增加镁铝尖晶石的晶胞参数和晶胞体积呈现先增大后减小的变化规律.分析认为由于二氧化钛、钛酸镁固溶到镁铝尖晶石中促使镁铝尖晶石的晶胞参数和晶胞体积增大,而过量的钛酸镁位于晶界阻碍镁铝尖晶石的长大,导致镁铝尖晶石的晶胞参数和晶胞体积减小.在电熔法制备镁铝尖晶石时,二氧化钛的加入量不宜超过5wt%.     

镁铝钛耐火材料的Al2O3含量与其性能的关系

分别以79.3%~85.3%(质量分数,下同)的电熔镁砂、10%的电熔尖晶石、电熔白刚玉(2.5%~8.5%)和钛白粉(2.2%和5.5%)为原料制备了2组镁铝钛试样,研究了镁铝钛材料中Al2O3含量(分别约为7%、10%和13%)对其烧结、抗热震性以及抗炉外精炼渣侵蚀性的影响,并借助SEM、EDS分析了侵蚀后试样的显微结构。结果表明:随着镁铝钛试样中Al2O3含量的增加,试样更易烧结,烧后显气孔率降低,体积密度升高,抗渣性能提高;Al2O3含量的增加,使试样中的尖晶石数量增多,而尖晶石和方镁石热膨胀系数的差异形成的微裂纹,使试样的耐压强度降低,抗热震性提高;显微结构分析显示,随着Al2O3含量的增加,试样中析出的晶间尖晶石增多,有助于提高试样中的固-固结合率,从而增强其抗侵蚀能力。     

轻质氧化镁含量对方镁石-镁铝尖晶石砖性能的影响

以不同粒径的烧结镁砂、电熔镁铝尖晶石、镁铝尖晶石空心球为起始原料,采用固相烧结法制备了方镁石-镁铝尖晶石砖。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征试样的物相组成和微观结构,利用阿基米德排水法测试试样的体积密度和显气孔率,研究轻质氧化镁含量和烧结温度对方镁石-镁铝尖晶石砖性能的影响。结果表明,随轻质氧化镁含量的增加,方镁石-镁铝尖晶石砖显气孔率呈增加趋势,而体积密度变化不明显,试样表现出优异的力学性能。当轻质氧化镁含量为25%(质量分数)时,方镁石-镁铝尖晶石砖的抗折强度最大为9.56 MPa,热导率最低为1.92 W·m^-1·K^-1。显微结构表明骨料和基质结合良好,并能形成微孔状通道。利用其特殊的微孔结构,提高了试样的力学性能和耐腐蚀性,进一步保护方镁石-镁铝尖晶石砖免受碱侵蚀。     

工艺参数对镁铝尖晶石保温材料物相与性能的影响

以α-Al2O3微粉、电熔镁砂和ρ-Al2O3为原料,采用泡沫胶凝法制备了体积密度0.9～1.1 g/cm3镁铝尖晶石保温材料,考察了ρ-Al2O3、电熔镁砂加入量、烧成温度和保温时间对镁铝尖晶石保温材料物相与性能的影响.研究结果表明,随着ρ-Al2O3加入量增加试样常温耐压强度与烧成线变化率增大,物相组成均为“刚玉+镁铝尖晶石”;增加MgO加入量试样先收缩后膨胀,加入量为20wt％时常温耐压强度达最大值,物相组成由“刚玉+镁铝尖晶石”变为“镁铝尖晶石”再变为“镁铝尖晶石+方镁石”;提高烧成温度能明显促进试样烧结,延长保温时间可提高试样常温耐压强度.     

铁铝尖晶石的制备

以铁鳞、Fe2O3粉及Al2O3粉为原料,分别采用烧结法、电熔法,进行铁铝尖晶石的合成.利用X射线衍射(XRD)检测了合成试样的物相组成,采用扫描电子显微镜(SEM)观察和分析了合成试样的物相的形貌和分布.研究结果表明:采用在配料中加入石墨和埋炭的方法均能营造弱还原性气氛,合成出铁铝尖晶石,但是铁铝尖晶石的含量仅为20%左右,采用合适的原料并利用电熔法能够合成铁铝尖晶石,含量在97%以上.     

铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖晶石砖的性能影响

为了研究铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖晶石砖的性能影响,本实验以粒度为3~1 mm、1~0 mm、≤0.088 mm的97高纯镁砂和1~0 mm的电熔铁铝尖晶石为原料,讨论了铁铝尖晶石加入量分别为3%、6%、9%、12%和15%时镁铁铝尖晶石砖的性能,利用XRD分析了试样的物相变化,采用SEM分析了烧后试样的微观结构。结果表明:铁铝尖晶石加入量为6%时,镁铁铝尖晶石砖有较高的体积密度和耐压强度以及较低的显气孔率,铁铝尖晶石加入量越多,镁铁铝尖晶石砖的荷重软化温度越低,铁铝尖晶石加入量3%~6%之间为宜。从显微结构照片中可以看出铁铝尖晶石周围生成的尖晶石环和环形裂纹,这是高温过程中部分铁铝尖晶石与方镁石发生离子交换反应所致,这种结构对镁铁铝尖晶石砖的结构柔韧性起着一定的作用。     

低温合成MgO-Al_2O_3-FeO_n复相材料

高铁镁砂中分别引入质量分数为3%、6%、9%、12%、15%的板状刚玉,经1 420℃烧结制备Mg O-Al2O3-Fe On复相材料。采用X射线衍射和扫描电子显微镜分析试样的物相组成及显微结构。结果表明:在1 420℃,高铁镁砂与板状刚玉反应烧结形成原位合成的镁铁铝尖晶石固溶体,铁氧化物的存在促进了镁铁铝尖晶石固溶体的形成。随着板状刚玉加入量的增加,镁铁铝尖晶石固溶体的含量随之增加。镁铁铝尖晶石固溶体呈现明显的环带结构。最外层环带结构致密,富含铁氧化物;次外层环带结构中铁氧化物的含量有所降低。这些环带结构使得低温制备镁铁铝尖晶石固溶体结合方镁石材料的新工艺得以实现。     

烧结气氛对合成镁铁铝系复合尖晶石的影响

以电熔镁砂、活性氧化铝、氧化铁和石墨作为原料,按质量比24:61:10:5进行配料,制得φ20 mm×10 mm的试样,在空气气氛、还原气氛(埋碳)、氮气气氛三种不同烧结气氛条件下,1550℃ ×3 h高温处理.采用XRD、SEM、EDS等手段对烧后试样进行了表征.分析结果表明:在三种不同烧结条件下,都合成了铁含量不同的镁铁铝复合尖晶石;在还原气氛烧结条件下,试样中镁铁铝复合尖晶石相中铁是+2价的,在空气气氛和N2气氛烧结条件下,试样中镁铁铝复合尖晶石相中铁是+3价的;试样的晶面间距随铁固溶量的增加而增大;还原气氛烧结条件相比其他两种烧结气氛,晶粒尺寸大且合成率高.     

铜冶炼炉用镁铝钛砖的研制

以电熔尖晶石(4～1 mm)、电熔镁砂(<4、<0.088 mm)及烧结镁砂(4～2、<2 mm)为主要原料,加入α-Al2O3细粉、锐钛矿型TiO2细粉,采用无机复合结合剂制成混合物料,经630 t摩擦压砖机将物料压制成230mm×115 mm×65 mm的标砖,干燥24 h后,经1 600℃高温烧制成镁铝钛砖,检测镁铝钛试验砖的体积密度、显气孔率及抗热震性,同时与镁铬砖及镁铝铬砖进行抗铜渣静态坩埚对比试验,并利用XRD、SEM观察分析烧后镁铝钛砖的相组成和显微结构。结果表明:TiO2细粉加入质量分数为2%的镁铝钛砖中,TiO2与方镁石反应生成Mg2TiO4尖晶石,随着Mg2TiO4被MgAl2O4吸收、固溶,形成新型方镁石-尖晶石-氧化钛硅酸盐系统的复相结构,改善了材料的结构,使其具有良好的烧结性和抗热震性;且镁铝钛砖的抗铜渣侵蚀性与镁铬砖的相当,有可能成为铜冶炼炉用环境友好型耐火材料。     

浅析铁铝尖晶石对镁铁尖晶石砖裂纹的影响

通过对不同厂家生产的铁铝尖晶石原料和同一厂家不同批次的铁铝尖晶石原料,以及分别用其制备的镁铁尖晶石砖的XRD和SEM分析得出,在铁铝尖晶石原料电熔不够充分时,存在较多的β-Al2O3和杂质相,受外界因素影响,与镁砂发生扩散反应比较剧烈,进而导致镁铁尖晶石砖出现裂纹,而电熔相对较好的铁铝尖晶石原料对烧成的适应性相对较强。     

镁砂与电熔合成铁铝尖晶石-刚玉复合材料的反应

以电熔合成铁铝尖晶石-刚玉复合材料和电熔镁砂为原料制备了铁铝尖晶石-镁铝尖晶石复合材料。检测了各烧后试样的线变化率、体积密度和显气孔率,并用XRD、SEM等研究了镁砂与电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料之间的反应,结果未发现有单一的镁铝尖晶石相生成,在高温下,MgO与铁铝尖晶石-刚玉之间存在互扩散,形成镁铝尖晶石和铁铝尖晶石固溶体;随着镁砂细粉加入量的提高,镁铝尖晶石向铁铝尖晶石中的固溶量加大;当电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料以颗粒加入时,发现在某些铁铝尖晶石颗粒周围存在环形裂纹;随着镁砂加入量的提高,试样的显气孔率下降,体积密度增大。     

氮化烧成铝–方镁石–刚玉复合材料的显微结构和反应机理

在刚玉(电熔刚玉、板状刚玉)–高纯镁砂中加入质量分数分别为0、4%、6%、10%的铝粉,在碳管炉1 600℃氮气气氛下制备Al–Mg O–Al_2O_3复合材料。结果表明:烧后试样的主晶相为刚玉和镁铝尖晶石固溶体,基质是由镁铝尖晶石固溶体、氮化铝、Al ON和Mg Al ON等增强相组成的复合结构。随铝粉含量增加,Al N、Al ON和Mg Al ON含量增加且存在未反应的铝粉。铝粉氮化机理为Al反应生成Al N,Al N与Al_2O_3固溶形成Al ON相,氧化镁或新形成的尖晶石与Al ON相固溶形成Mg Al ON相。建立了金属铝粉氮化反应模型,反应模型呈明显的环状结构:内层产物为未反应的铝和反应后形成的微孔;中间层产物为氮化铝和阿隆的复合结构;外层环带状产物为阿隆和镁阿隆的复合结构。电熔刚玉颗粒部分参与反应形成环带状镁铝尖晶石固溶体。     

精炼铝炉用刚玉-镁铝尖晶石复合材料的制备与性能

用白刚玉、镁铝尖晶石、电熔镁砂和α-Al2O3微粉,在1 650 ℃烧结3h制备了刚玉-镁铝尖晶石复合材料.按照GBT29971982致密定形耐火制品气孔率和体积密度试验方法和静态坩埚法,并结合X射线衍射、扫描电镜和能谱分析研究了不同组成刚玉-镁铝尖晶石复合材料的常温物理性能、显微结构以及将其应用于精炼铝熔融炉用耐火材料时对高纯度铝的影响.结果表明:在1 650 ℃保温3 h的条件下,试样烧结致密,基质中有镁铝尖晶石生成;所制备的试样中,当α-Al2O3微粉与电熔镁砂的质量比为2∶1时,试样具有较好的室温物理性能,并且对高品质铝液的污染很小.     

复合添加剂对方镁石-尖晶石砖性能的影响

以电熔镁砂和烧结镁铝尖晶石为原料 ,以TiO2 、ZrO2 、Al2 O3 和Fe2 O3 组成复合添加剂进行正交实验 ,测定了试样的体积密度和耐压强度 ,对实验数据进行了正交直观分析 ,并对试样进行了XRD分析和SEM分析。结果发现 :添加剂影响耐压强度的顺序为TiO2 >ZrO2 >Fe2 O3 >Al2 O3 ;试样的主晶相为方镁石 ,次晶相为尖晶石 ,同时还有少量玻璃相 ;试样的大小颗粒均与基质结合紧密 ,基质中有脱溶晶相 ,此晶相发育良好。     

铁铝尖晶石的合成及应用

以铁鳞和特级矾土为原料,分别采用埋石墨和在试样中加入石墨两种方式合成铁铝尖晶石.利用XRD检测了合成试样的物相组成,采用SEM观察和分析了合成试样物相的微观形貌分布.将合成的铁铝尖晶石加入到MgO-MgO·Al2O3系耐火材料中,研究了铁铝尖晶石含量对镁铝铁系耐火材料热震稳定性和挂窑皮性的影响.研究结果表明:采用埋石墨方式更有利于铁铝尖晶石的形成和致密化.当铁铝尖晶石含量为8％时,试样抗折强度剩余率为85％,比没加铁铝尖晶石的试样高,明显提高了热震稳定性;随着铁铝尖晶石含量的增加,挂窑皮效果增强,当铁铝尖晶石含量为8％时,砖与熟料之间结合紧密,而没有加入铁铝尖晶石的试样,砖与熟料之间有明显的缝隙.     

MgO含量对铁铝尖晶石晶体结构的影响

以分析纯的氧化铁、氧化铝和氧化镁为原料,Fe O与Al2O3质量比为40.8:59.2配料,在合成体系中分别引入质量分数为0、1%、3%、5%、7%、9%和11%的氧化镁,在CO2/CO保护气氛下于1 600℃煅烧4 h,固相合成铁铝尖晶石。用X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱对烧后试样进行分析。结果表明:相比于未添加Mg O的试样,添加Mg O的铁铝尖晶石衍射峰发生偏移,晶格常数随之变化;试样微观结构都比较均匀,引入的Mg O进入铁铝尖晶石晶格,以复合尖晶石形式存在。当Mg O添加量大于5%时,衍射峰的偏移出现拐点,且烧结后试样的结晶形貌发生明显变化。     

电磁场环境下碳含量对MgO-C砖抗高碱度渣侵蚀性能的影响

为了探索Mg O-C砖在电磁搅拌、电弧炉和感应炉等电磁场环境下使用时的抗渣侵蚀性,采用w(C)分别为6%、14%的Mg O-C砖和m(Ca O)/m(Si O2)=3.5的炉渣在中频感应炉中进行抗熔渣侵蚀试验,并对渣蚀后试样进行了XRD和SEM、EDAX分析。结果表明:在电磁场环境下,w(C)=6%的镁碳砖渣蚀后低熔点相为镁黄长石,w(C)=14%的镁碳砖渣蚀后低熔点相为黄长石。镁碳砖渣蚀过程中,w(C)=6%的镁碳砖中镁砂未完全形成镁铁(锰)固溶体或镁铁尖晶石即剥落于熔渣中;而w(C)=14%的镁碳砖中镁砂形成镁铁(锰)固溶体或镁铁尖晶石后剥落于熔渣中;在渣蚀后镁碳砖过渡层中,电磁场促进了Al2O3、Mn O、Fe O、Fe2O3的渗透,生成镁铁(锰)固溶体、镁铁尖晶石、镁铝尖晶石或金属单质,w(C)=14%的镁碳砖渗透较弱,生成的固溶体或尖晶石较少,易剥落于熔渣中。     

煤熔渣对镁铝尖晶石质耐火材料的侵蚀机制

为了实现水煤浆气化炉炉衬材料的无铬化,研究开发合适的耐火材料代替水煤浆气化炉用高铬砖,以尖晶石骨料及细粉、α-Al_2O_3微粉和轻烧Mg O微粉为原料,于1 600℃保温5 h烧成,制备了φ50 mm×40 mm、内孔为φ25 mm×25 mm的镁铝尖晶石质坩埚试样。采用静态坩埚法,借助XRD、SEM+EDS研究了高温煤熔渣对试样的侵蚀行为。结果表明:1)侵蚀后的镁铝尖晶石材料结构疏松,出现较明显的裂纹,煤熔渣完全渗入试样内部。2)经煤熔渣侵蚀后的镁铝尖晶石材料,物相组成发生变化,除原有的镁铝尖晶石外,还有新物相镁铁铝复合尖晶石相存在。3)煤熔渣对镁铝尖晶石材料的侵蚀机制是物理渗透为主,化学熔蚀为辅。