铝硅系耐火原料与碱蒸气反应侵蚀行为

近年来,污泥、生活垃圾作为水泥生产的部分燃料应用于水泥生产,造成水泥窑炉衬材料硅莫砖的严重碱侵蚀破坏和剥落,影响水泥窑的稳定运行。采用碱蒸气法系统研究了水泥窑硅莫砖用高铝矾土、莫来石(M60)及莫来凯特3种铝硅系耐火原料抗碱蒸气侵蚀行为。结果表明：3种铝硅系耐火原料的碱蒸气侵蚀行为,与原料中的化学成分、玻璃相含量和成分及其显微结构等密切相关。对于以刚玉、莫来石为主的高铝矾土,碱与刚玉、莫来石晶相发生反应形成钾霞石,产生体积膨胀,使得高铝矾土表面先发生疏松和开裂,后碱蒸气渗入颗粒内部,造成严重碱侵蚀破坏;而对于以莫来石为主的莫来石(M60)原料,碱与莫来石和玻璃相发生反应,形成瞬间液相并析出白榴石相,形成的液相阻止了碱的渗透,使碱侵蚀仅发生在表面层而表现出优良的抗碱侵蚀性能。而莫来凯特原料中晶相莫来石与玻璃相含量相当,玻璃相含量高达46%,其与碱蒸气发生化学反应形成更多的液相,同时析出白榴石相,因氧化钾反应溶解在该原料玻璃相中,造成原料整体性侵蚀破坏。     

不锈钢冶炼用铁水包Al2O3-SiC-C内衬砖的性能与侵蚀机理

铁水包内衬材料长期服役于间隔周期较长的高、低温交替环境,极易发生剥落与侵蚀损毁。为了探索影响铁水包内衬材料使用寿命的主要因素,对市面上四种铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的化学成分、物相组成、物理性能和微观结构进行了分析,并以高炉渣为侵蚀介质,重点研究了不锈钢冶炼用铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的侵蚀机理。结果表明:铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖中Al₂O₃含量越高,高温下制品的液相量越低,越有利于提高耐火砖的高温力学性能;随着含碳量的增加,铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的抗渣性得到明显改善,但抗氧化性及高温抗折强度呈下降趋势;高炉渣中CaO、MgO向耐火砖中渗透,与耐火砖中的Al₂O₃、SiO₂发生反应形成高熔点的镁铝尖晶石及低熔点的钙长石等,生成的低熔相会加剧耐火砖的侵蚀。     

AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀机理研究

不锈钢生产主要采用氩氧精炼(AOD)炉冶炼工艺,本文探究AOD炉渣对钢包内衬用MgO-C砖的侵蚀机理,为提高钢包内衬用MgO-C砖的使用性能和服役寿命提供理论支撑。结合FactSage6.2软件、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)等测试手段分析炉渣侵蚀后MgO-C砖的物相变化、显微结构和化学成分变化。结果表明,随着侵蚀反应的进行,方镁石逐渐被熔蚀,且逐步出现Ca₃MgSi₂O₈等低熔点物相,以及MgAl₂O₄等高熔点物相。AOD炉渣通过基质部分侵蚀渗透MgO-C砖,并与方镁石反应生成Ca₃MgSi₂O₈等低熔点物相,熔蚀方镁石;同时,方镁石边界处生成MgAl₂O₄,阻碍AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀渗透。     

碾压混凝土中高掺石灰石粉与粉煤灰的耦合作用

以占胶凝材料总量60%的石灰石粉与粉煤灰进行不同比例复掺,开展了不同胶凝材料碾压混凝土的抗压强度、抗冻性能和抗渗性能试验研究,利用水化热、扫描电镜以及压汞法对不同比例石灰石粉与粉煤灰胶凝体系的水化过程与微结构形成进行了分析。研究发现,当石灰石粉与粉煤灰总量占胶凝材料总量的60%且石灰石粉取代粉煤灰比例为50%时,由于早期石灰石粉促进水化加上粉煤灰的填充效应、后期粉煤灰的火山灰活性以及石灰石粉的密实效应,二者的耦合作用可使得碾压混凝土形成密实的微结构,获得良好的力学性能和耐久性能。     

Fe_2SiO_4熔化原位观察及组织形貌研究

以含硅1.21 wt%低碳钢为研究对象,采用电子背散射扫描(BSED)、能谱仪(EDS)、激光共聚焦显微观察(LSCM)分析了该钢种氧化铁皮的组成、Fe_2Si O_4/Fe O的组织以及Fe_2Si O_4相的熔化。结果表明:低碳钢氧化铁皮主要由三层结构组成,外层主要为Fe_2O_3,中间层以Fe_3O_4和Fe O为主,内层为共晶化合物Fe_2Si O_4/Fe O。此外,Fe O以弥散分布的颗粒状分布在基体Fe_2Si O_4中。同时,原位观察试验验证了Fe_2Si O_4相的理论熔化温度约为1173.9℃,而且,Fe_2Si O_4相的熔化温度与硅元素含量无关。     

微合金元素V和冷却工艺对C-Si-Mn系螺纹钢中纳米析出物的影响

研究了变形后冷却工艺对V微合金化以及不含V螺纹钢中纳米析出物的影响,在热模拟试验机上进行了变形后不同冷却工艺的试验,采用透射电镜和能谱仪对螺纹钢的析出物进行了观察和分析。结果表明,含V螺纹钢高温变形后直接空冷有利于细小的VC均匀析出,提供更好的析出强化效果;不含V螺纹钢高温变形后在650℃保温30 min有利于纳米级渗碳体的析出。研究结果为螺纹钢轧后冷却工艺的制定提供了理论依据。     

高寒高海拔地区碾压混凝土孔系定制设计研究

由于粉煤灰含碳颗粒表面的化学特性对引气剂(AEA)分子的吸附作用,以及高海拔环境对气泡形成与稳定的影响,使得高寒地区高掺粉煤灰碾压混凝土的引气极为困难。本文基于改性吸水树脂(MAP)材料特性,提出了与碾压混凝土抗冻性能相匹配的定制造孔理论与设计方法,对比研究了不同引气或造孔材料对碾压混凝土性能的影响。当MAP掺量和粒径合适时,MAP在碾压混凝土中可形成对抗冻性能有利的孔系结构,显著提高碾压混凝土的抗冻性能和力学性能,实现MAP造孔半径和造孔量在碾压混凝土中的可控设计。     

基于蓝晶石尾矿制备莫来石-高硅氧玻璃复相材料研究

为高效资源化利用蓝晶石尾矿，以蓝晶石尾矿为原料，加黄糊精和水，压制成?50 mm×50 mm的生坯，经1 400、1 500、1 600、1 650℃保温3 h热处理制备莫来石-高硅氧玻璃复相材料试样，借助XRD和SEM研究其抗碱侵蚀行为。结果发现：经1 400、1 500℃热处理后试样中高硅氧玻璃相含量低，气孔以开口气孔为主，抗碱侵蚀性较差；而1 600、1 650℃热处理后试样中形成较多的高硅氧玻璃相，气孔主要以闭口气孔为主，侵蚀仅发生在表面区域，抗碱侵蚀性与莫来石化后红柱石的相当，抗碱侵蚀性优异。     

红柱石原料高温结构演变及抗钾蒸气侵蚀行为研究

红柱石是铝硅系耐火材料重要的原料之一，因完全莫来石化后具有莫来石-高硅氧玻璃相相间的结构而表现出优异的抗碱侵蚀性能。然而，其莫来石化程度与抗碱侵蚀性能之间的关系尚未厘清。为此，本工作以粒度为3～5 mm的红柱石为研究对象，在1 450～1 600℃下热处理红柱石3 h,研究了红柱石的莫来石化过程与结构演变，并采用碱蒸气法研究了抗碱侵蚀行为。结果表明，随着热处理温度的提高，红柱石表面及裂纹附近先转变形成莫来石-高硅氧玻璃相结构，随后莫来石化转变不断向内部发展，直至完全莫来石化。红柱石莫来石化程度不同决定了其不同的抗碱侵蚀行为。1 450℃热处理后的红柱石表面及大裂纹附近形成的莫来石-高硅氧玻璃相复合层较薄，侵蚀以红柱石与钾蒸气直接反应为主，抗碱侵蚀性能较差；1 500℃及以上温度热处理的红柱石表面及大裂纹附近形成了一定厚度的莫来石-高硅氧玻璃相复合层，钾蒸气首先与高硅氧玻璃相反应形成含钾硅酸盐液相，随后该液相对莫来石相产生侵蚀溶解，阻止了碱蒸气对莫来石的直接反应侵蚀，从而使红柱石表现出优良的抗碱侵蚀性能。