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。     

基于水合硅酸镁结构记忆特性制备低硅镁质浇注料

水合硅酸镁是炼钢连铸过程中间包用镁质浇注料的重要结合相,其含量多少决定着浇注料的强度大小。本工作以Na₂SiO₃·9H₂O和MgCl₂·6H₂O为原料,采用水热法合成水合硅酸镁(MgO–SiO₂–H₂O,M–S–H),研究了焙烧温度和焙烧次数对水合硅酸镁的“结构记忆”特性;随后将预合成M–S–H复合硅微粉制备镁质浇注料,研究其对镁质浇注料性能的影响。结果表明：当焙烧温度低于400℃时,水合硅酸镁具有“结构记忆”特性,焙烧次数增加有利于M–S–H凝胶中层间羟基的插入,促进其层状结构晶粒的长大和结构稳定性的提高;在镁质浇注料制备过程中引入一定量的预合成水合硅酸镁和少量的硅微粉,使浇注料具有很好的施工性能和足够的早期结合强度;同时减少了高温热处理后浇注料缺陷形成,提高了材料力学性能,为开发低硅微粉镁质浇注料提供支撑。     

HiPerCem水泥对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性的影响

以板状刚玉、尖晶石细粉和活性α-Al2O3微粉为主要原料,使用HiPerCem水泥作为结合剂制备刚玉-尖晶石浇注料,对比研究了HiPerCem水泥与Secar71及CMA72水泥在浇注料中的凝结行为及其对浇注料常温物理性能、抗渣性能的影响.结果 表明,在保持引入浇注料中一铝酸钙含量为1.8％,尖晶石含量为10％的情况下,HiPerCem水泥结合浇注料的凝结速度居中,脱模及烘干强度较另外2种水泥结合浇注料的低.抗渣侵蚀实验表明,以HiPerCem水泥为结合剂的浇注料因引入的CaO含量较CMA72和Secar71水泥结合浇注料低,大尺寸气孔少,具有较好的抗渣性;而CMA72水泥结合浇注料因试样中大尺寸气孔比例较高,熔渣渗透严重,未能发挥出其水泥中微晶尖晶石相改善抗渣性的优势.     

烧成与使用气氛对磷酸盐结合铬铝锆砖结构与性能的影响

首先研究了在空气中和埋炭条件下烧成时磷酸盐结合铬铝锆试样结构与性能的变化,然后探讨了在模拟使用气氛中二次处理后试样性能的变化,比较了空气中和模拟使用气氛下试样的抗侵蚀性能并分析了现场使用后铬铝锆砖的显微结构。结果表明:烧成气氛对磷酸盐结合铬铝锆砖结构与性能影响显著。空气中烧成时,磷酸盐能与氧化铬和氧化铝形成复合固溶体,提升材料的强度。埋炭条件烧成时,磷酸盐和部分氧化铬发生还原反应并生成一定量气相物质,材料基质中气孔数量和孔径明显增加,影响了氧化铬骨料与基质的结合,降低了材料的结合强度。使用过程中,铬铝锆砖边缘的磷酸盐和部分氧化铬在还原气氛下也会发生还原反应,使边缘的气孔数量及孔径明显增加,其抗侵蚀性能明显低于在空气中的抗侵蚀性能。     

尖晶石包覆骨料对镁铝质耐火材料抗热震性和抗水泥熟料侵蚀的影响

由于周期性水泥熟料回转以及进出料,水泥回转窑用耐火材料需要兼顾优异的耐火度、热震稳定性和耐侵蚀性。本研究通过将尖晶石细粉包裹于镁砂骨料表面,制备出含包覆结构骨料的方镁石–镁铝尖晶石耐火材料,并采用三点弯曲测试结合数字图像相关以及声发射技术表征其断裂行为,以及采用静态抗渣法表征其抗侵蚀性能。结果表明：通过改变尖晶石分布,形成包覆结构复合骨料,降低了氧化铝含量,尖晶石相达到更为均匀且广泛的分散。与氧化铝含量(质量分数)为10%的市售预合成尖晶石骨料耐火材料相比,采用尖晶石包覆骨料的方镁石–尖晶石耐火材料(Al₂O₃含量为5%)在保证材料抗热震性能的同时,提升了力学强度、热震稳定性能以及抗侵蚀能力。     

FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用

商用热力学计算软件FactSage在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛。本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,分析了各种模型的原理、特点、适用情景、精确度与局限性,并给出了详细的运用实例。此外,本文介绍了热力学计算与其他方法相结合运用的实例,包含ANSYS、动力学分析、分子动力学模拟等方法,规避热力学计算的局限性,更加全面地分析熔渣对耐火材料的侵蚀行为。最后,本文对热力学计算存在的问题进行了归纳,并基于现有研究现状对其发展前景与方向进行了展望。     

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。     

锆英石对铝铬锆砖抗侵蚀性能及六价铬形成的影响

铝铬锆砖因具有优异的抗渣侵蚀性能,被作为炉衬材料广泛应用于工作环境恶劣的危废焚烧炉。然而,铝铬锆砖在制备和服役过程中可能形成有毒的水溶性Cr(VI),相关研究工作却未见报道。本研究分别以单斜氧化锆和锆英石为氧化锆源制备了两种铝铬锆砖,研究了铝铬锆砖在四种不同组成危废焚烧炉渣中的侵蚀行为及熔渣侵蚀前后砖中Cr(VI)的含量。结果表明,锆英石高温下分解形成单斜氧化锆和无定形的二氧化硅,促进化学稳定性较好的(Al,Cr)₂O₃固溶体的形成,提高了铝铬锆砖的致密化程度,同时改善了铝铬锆砖的抗渣侵蚀性能。此外,生成的二氧化硅可以还原砖中Cr(VI)化合物,降低铝铬锆砖中的Cr(VI)含量。熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中Cr(VI)含量与熔渣成分密切相关。在被高碱性氧化物含量的熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中的Cr(VI)含量较高,但锆英石作为氧化锆源的铝铬锆砖在不同熔渣中侵蚀前后的原砖层和渗透层内的Cr(VI)含量均低于欧盟限制标准。     

高温下氧化物与氟化物电解质反应研究

利用Factsage热力学软件预测分析了高温下典型氧化物分别与氟化物AlF3、Na3AlF6及K3AlF6之间的化学反应,并采用氧化物粉末与电解质混合和氧化物烧结体浸泡两种实验方法验证了900℃时氧化物与电解质的反应。采用X射线衍射仪及扫描电子显微镜等分析了试样的物相组成和显微结构。结果表明:主族元素氧化物普遍比过渡元素氧化物易于和含AlF3、Na3AlF6及K3AlF6的电解质反应;并且CaO.6Al2O3、MgAl2O4、Mg2TiO4、Al2TiO5、NiFe2O4与AlF3、Na3AlF6及K3AlF6电解质反应程度依次减弱;基于浸泡实验发现,降低烧结试样的显气孔率能有效提高其抗电解质侵蚀性能。     

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。