不同基质组成的刚玉-尖晶石浇注料性能研究

以板状刚玉、电熔尖晶石和铝酸钙水泥为原料,设计了尖晶石细粉质量分数分别为0、7.5%、15%和22.5%的4组浇注料,每组浇注料又依水泥量的不同设计了m(CaO)/m(Al2O3)分别为0.03、0.06、0.09、0.15、0.18的5个配方,制备了不同基质组成的刚玉-尖晶石浇注料试样,系统研究了试样经1 600℃3 h处理后的性能(尤其是高温抗折强度和抗热震性)及基质显微结构。结果表明:1)高温下尖晶石与基质中的Al2O3发生固溶而影响浇注料的高温强度,加入7.5%~15%质量分数的尖晶石细粉时,基质中的Al2O3与尖晶石固溶程度较大,基质的结合强度较强,高温强度明显较高;而加入尖晶石较多时,Al2O3量相对降低,减弱了固溶产生的结合,形成了"松散"的基质结构,可有效提高浇注料的抗热震性,因此加入22.5%质量分数尖晶石细粉的浇注料抗热震性最优。2)随着铝酸钙水泥的增加,浇注料的体积密度逐渐减小,常温抗折强度和弹性模量逐渐降低;当基质中m(CaO)/m(Al2O3)=0.09时,基质中刚玉细粉和Al2O3微粉与水泥在高温下全部反应,生成了大量交错分布的板状六铝酸钙,浇注料的高温抗折强度最高,抗热震性最好。     

尖晶石组成对刚玉-尖晶石浇注料显微结构的影响

以板状刚玉、铝酸钙水泥、氧化铝微粉和电熔尖晶石细粉(AM70、AM85、AM90)为主要原料,设计了三组Mg O含量均为1.4%(w)、含不同组成尖晶石的刚玉-尖晶石浇注料,分别经1 500℃保温5 h和1 650℃保温5 h热处理后,研究了尖晶石组成对刚玉-尖晶石浇注料显微结构的影响。结果表明:在热处理过程中,AM70尖晶石与其周围刚玉相发生固溶反应,使尖晶石和刚玉烧结在一起,浇注料中尖晶石、CA6相通过刚玉相以多种结合方式联结;AM85和AM90尖晶石发生脱溶析出刚玉相,刚玉相再与周围水泥在尖晶石颗粒边缘反应生成CA6,形成尖晶石-CA6结合,浇注料中尖晶石和刚玉通过CA6联结。     

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%.     

尖晶石种类对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

采用板状刚玉颗粒（6～3、3～1、≤1 mm）及细粉（0.045 mm）、电熔尖晶石颗粒（≤1 mm）及细粉（0.045 mm）、烧结尖晶石颗粒（≤1 mm）及细粉（0.045 mm）、活性尖晶石微粉(d₅₀=1.82μm)、活性α-Al₂O₃微粉(d₅₀=1.68μm)、Secar 71水泥等原料制备了刚玉-尖晶石浇注料。研究了不同种类尖晶石（电熔尖晶石、烧结尖晶石、烧结尖晶石+活性尖晶石）对浇注料性能的影响。结果表明：1)在刚玉-尖晶石浇注料中引入不同的尖晶石对试样经110℃保温24 h烘干后的抗折强度和耐压强度影响不大,但采用电熔尖晶石能降低加水量,提高流动性,得到优良的施工性能;2)采用电熔尖晶石有利于材料的抗渣侵蚀性能,但在抗渣渗透性及抗热震性方面,烧结尖晶石更占优势;3)加入适量的活性尖晶石微粉可以弥补烧结尖晶石的不足,提高浇注料的可施工性能,但对抗热震性会产生一定负面影响。     

锆刚玉加入对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

在刚玉-尖晶石浇注料的配比组成中分别加入ZrO2质量分数为28.46%和38.47%的两种电熔锆刚玉颗粒,研究了电熔锆刚玉颗粒的粒度(5～3、3～1和1～0.5 mm)、加入量(质量分数分别为3%、5%和8%)对刚玉-尖晶石浇注料的加热永久线变化率、烧后常温抗折强度、高温抗折强度及热震后弹性模量的影响,并观察了试样的显微结构。结果表明:1)试样的加热永久线变化率随锆刚玉粒度的增大而增大,随锆刚玉加入量的增多而增大,引入锆刚玉Z40的试样的加热永久线变化率基本上比引入锆刚玉Z25的大;2)烧后试样的常温抗折强度、高温抗折强度和弹性模量均以空白试样的为最大,均随锆刚玉粒度的减小而增大,随锆刚玉加入量的增多而减小;3)在刚玉尖晶石浇注料中适当加入锆刚玉而产生微裂纹,尽管降低了材料的强度和弹性模量,但对提高抗热震性有一定的积极作用。     

尖晶石加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉、尖晶石、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥为原料,研究了尖晶石加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%、15%、18%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:随着尖晶石加入质量分数在0～18%范围内的增加,试样的高温抗折强度和抗渣性能均逐渐改善;试样的抗热震性呈先下降后上升趋势,以尖晶石加入质量分数为9%时最差;试样1 550℃3 h处理后的冷态强度呈先上升后下降的趋势,以尖晶石加入质量分数为9%时最大。     

尖晶石粒度对高纯刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

研究了尖晶石粒度对高纯刚玉 -尖晶石浇注料的抗折强度、抗热震性、抗侵蚀性等性能的影响。实验表明 :(1)随着配料中尖晶石颗粒含量的增加 ,试样的烧后强度呈先升高后降低趋势 (烘后强度变化不明显 ) ,烧后收缩减少 ,然后变为膨胀 ;(2 )尖晶石细粉与颗粒为 1:3的试样抗热震性较好 ;(3)对于高碱度渣 ,尖晶石颗粒加入量较多的试样抗侵蚀性较好 ;(4)对于低碱度渣 ,尖晶石细粉加入量较多的试样抗侵蚀性和抗渗透性均较好。     

尖晶石加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为了提高刚玉-尖晶石浇注料的高温体积稳定性和抗蠕变性,以尖晶石细粉分别替代刚玉浇注料中0、10%和21%(w)的刚玉细粉,研究了尖晶石加入量对浇注料体积稳定性、抗蠕变性和显微结构的影响。结果表明:1)尖晶石固溶氧化铝伴随的膨胀可部分抵消刚玉-尖晶石浇注料的烧结收缩,提高其体积稳定性。2)尖晶石与氧化铝之间的固溶反应有助于增强刚玉-尖晶石浇注料基质的结合程度,提高其抗蠕变性。3)尖晶石细粉加入量为21%(w)时浇注料的体积稳定性最优,尖晶石细粉加入量为10%(w)时浇注料的抗蠕变性最优。     

尖晶石对刚玉尖晶石质浇注料性能的影响

以烧结刚玉、活性氧化铝微粉、铝镁尖晶石、纯铝酸钙水泥为主要原料制备了刚玉尖晶石质浇注料,研究了添加不同粒度的尖晶石对刚玉尖晶石质浇注料流变性能、烧后永久线变化率、抗折强度、抗热震和抗渣侵蚀性等性能的影响.结果 表明,加入的尖晶石粒度越小,越有利于改善浇注料流变性,越有利于提高材料的烧结性能,降低材料的膨胀幅度,提高材料的强度.加入细小的甚至是微米级的尖晶石颗粒分散在基质中,隔离了材料中低融物相,提高了材料的抗渣侵蚀性能和抗热震性能.浇注料在钢包上的使用结果也表明,加入超细颗粒尖晶石有利于提高其使用寿命.     

加入氯化钙对刚玉-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、尖晶石粉、氧化铝微粉等为基质,以纯铝酸钙水泥为结合剂,分别外加0、1%、2%、3%(w)的氯化钙(CaCl_2)制备了刚玉-尖晶石浇注料,并研究CaCl_2加入量对浇注料常温物理性能、高温强度、抗热震性和显微结构的影响。结果表明:随CaCl_2加入量从0增加到3%(w),刚玉-尖晶石浇注料于1 500℃处理后的常温强度和显气孔率增加,体积密度降低,线变化率先降低后增大,但总体变化不大;而高温抗折强度和抗热震性得到明显改善,这主要归因于所加CaCl_2以溶液形式均匀分布在浇注料中,其与Al_2O_3反应生成了片状CA_6,且CA_6晶体较小,均匀分布在试样基质中,起增强、增韧作用。     

引入泡沫对含多孔基质的刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为了改善刚玉-尖晶石浇注料的抗热震性,以板状刚玉、烧结镁铝尖晶石、活性α-Al2O3微粉为主要原料,以铝酸钙水泥为结合剂,添加十二烷基苯环酸钠和水性高分子泡沫为造孔剂,制备了含多孔基质的刚玉-尖晶石浇注料。研究了泡沫加入量(2 kg的原料中分别加入0、100、150、200、250、300 mL泡沫)对刚玉-尖晶石浇注料1 550℃烧后试样的常温物理性能、抗渣渗透性能、抗热震性及显微结构的影响。结果表明:1)引入一定量的泡沫,耐火浇注料基质中可形成分布均匀、圆球形的单分散气孔,但当泡沫加入量为300 mL时,其基质部分的圆球形的单分散气孔减少,并且基质部分结构疏松;2)当泡沫加入量为0、100、150、200 mL时,对试样的抗渣性和常温物理性能无显著影响,但加入量为250、300 mL,会明显降低试样的抗渣性和力学性能;3)多孔基质结构有效地阻止了裂纹的生长,改变了裂纹的扩展方向,提高了其抗热震性。综合考虑刚玉-尖晶石浇注料的各项性能,泡沫的合适加入量为2 kg的原料中加入200 mL。     

基质组成对矾土－尖晶石浇注料性能的影响

采用磷酸盐微粉复合结合剂，以矾土熟料为骨料，通过强化基质，研制了矾土－尖晶石浇注料。基质中除一部分预合成尖晶石外，再加入适量的高纯镁砂细粉及Ａｌ２Ｏ３细粉可以改善材料的性能，加入少量的ＳｉＯ２微粉可提高施工性能，促进烧结，原料的纯度对材料性能的影响较大。     

烧结尖晶石细粉加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为了改善刚玉-尖晶石浇注料的高温性能,以质量分数分别为10%的15~8 mm的白刚玉、58%的≤8 mm的白刚玉、5%的≤0.08 mm的白刚玉、14%的≤0.045 mm的白刚玉、9%的α-Al2O3微粉、4%的水泥制备了刚玉-尖晶石浇注料。在固定以5%(w)的≤0.048 mm的烧结尖晶石等量替代≤0.045 mm的白刚玉基础上,研究≤0.038 mm的烧结尖晶石等量替代≤0.045 mm的白刚玉的加入量(质量分数分别为1%、3%、5%和7%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:烧结尖晶石细粉的添加可以改善材料的高温抗折强度和抗热震性能,并且在≤0.038 mm的烧结尖晶石细粉加入量为5%(w)时,试样的高温抗折强度最高,抗热震性最好。分析认为,刚玉在烧结尖晶石细粉中的固溶作用,对试样的高温性能影响较大。     

烧结刚玉骨料致密度对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为了研究烧结刚玉骨料致密度对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响,首先以工业Al₂O₃粉为原料制备不同致密度的烧结刚玉;然后以不同致密度的烧结刚玉为骨料制备刚玉-尖晶石浇注料,并研究了刚玉-尖晶石浇注料的致密度、强度、抗热震性和抗渣性等性能。结果发现：1)随着工业氧化铝粉成球坯体致密度的增大,制成的烧结刚玉的致密度和晶粒尺寸逐渐增大。2)随着烧结刚玉骨料致密度的增大,刚玉-尖晶石浇注料的需水性减小;烧后浇注料的致密度和常温强度增大,抗热震性变差。抗渣侵蚀性除采用体积密度为3.45 g·cm^-3的烧结刚玉骨料的浇注料明显较差外,其他浇注料的差别不大。3)综合考虑,烧结刚玉骨料的体积密度以3.51～3.55 g·cm^-3为佳。因此,不能片面地认为烧结刚玉的体积密度越大越好;过高的体积密度会导致耐火材料抗热震性能变差,并增加耐火材料单重。     

促凝剂对刚玉-尖晶石质喷射浇注料性能的影响

本文研究了促凝剂对添加尖晶石细粉和镁砂细粉的两种刚玉-尖晶石质喷射浇注料性能的影响,结果表明:添加镁砂细粉后,喷射浇注料的流变性能下降;通过四种促凝剂对刚玉-尖晶石质喷射浇注料性能的影响研究,发现加入促凝剂后,含镁砂的喷射浇注料增粘变稠的速度快,施工时附着率高;铝酸钠和氢氧化钠复合的促凝剂与两种有机物复合的促凝剂都能使喷射浇注料快速增粘变稠、凝结硬化,但含Na+促凝剂的引入,提高了材料中Na+的含量,降低了喷射浇注料的高温抗折强度、热震稳定性能、抗渣侵蚀性能和常温物理性能.     

刚玉-尖晶石浇注料基质部分最佳配比研究

以致密电熔刚玉为骨料,研究了刚玉-尖晶石浇注料基质中电熔刚玉、电熔镁砂和烧结尖晶石细粉的配比关系,测试了材料的物理性能和抗渣侵蚀性能。结果表明：在电熔刚玉细粉与电熔镁砂细粉之比为72：28,尖晶石细粉加入量为15％时,材料具有合理的线变化率和良好的抗渣性能。     

热处理温度对刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料(粒度8～3,3～1和≤1 mm),板状刚玉细粉、活性氧化铝微粉(d<,50>=2.26 μm,w(Al<,2>O<,3>)>99%)、镁铝尖晶石粉、镁砂(粒度≤0.088 mm,w(MgO)>94.56%)为基质,纯铝酸钙水泥为结合剂,浇注振动成型为40 mm×40 mm×160 mm的样条.研究了不同热处理温度(1 450、1 550、1 600、1 650和1 700℃)对纯铝酸钙水泥结合的刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响.采用XRD分析试样基质的相组成,用SEM观察试样显微结构和断口形貌,并用EDS对微区成分进行分析.结果表明:刚玉-尖晶石质浇注料常温抗折强度以及1 300℃风冷热震后抗折强度和强度保持率均随热处理温度的升高先增大后减小,1 600℃3 h热处理试样的抗热震性最好.1 600℃3 h热处理试样中存在作为应力缓冲机制的网状交织结构明显,对热应力的缓冲能力更强,同时,Al<,2>O<,3>在尖晶石中有适当程度的固溶,增强了基质间的结合强度,试样的断裂功增大,有利于提高材料的抗热震性.     

纯铝酸钙水泥对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉、电熔尖晶石、Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥(Secar71)为基质,研究了纯铝酸钙水泥加入量对刚玉-尖晶石浇注料常温性能、高温强度和抗热震性能的影响.用X射线衍射仪分析了材料的物相组成.结果表明: 随纯铝酸钙水泥加入的增加,烧后试样的抗折强度先增加后降低.1600 ℃烧后试样的热态强度在600～1000 ℃时变化不大,1000 ℃后快速下降.随纯铝酸钙水泥含量的增加,热震后试样的残余抗折强度和残余抗折强度保持率增加,抗热震性有所改善;纯铝酸钙水泥对浇注料的性能有显著的影响,主要与水泥中的CaO与Al2O3之间的反应产物有关.     

基质组成对MgO-尖晶石浇注料抗渣性能的影响

采用静态坩埚法研究了添加不同组成尖晶石的ＭｇＯ－ 尖晶石浇注料基质组成与抗渣性能的关系。实验结果表明：随着基质中Ａｌ２Ｏ３ 含量增加,浇注料抗渣侵蚀能力减弱,而抗渣渗透能力增强。在基质中ＳｉＯ２ 含量固定在１０ ％ 的情况下,基质中Ａｌ２Ｏ３ 含量在３０ ％ ～５０ ％ 时浇注料抗渣侵蚀性能较好;Ａｌ２Ｏ３ 含量超过５０ ％ 时,侵蚀速率急剧增加两倍以上。不同组成尖晶石对浇注料抗渣侵蚀性能没有明显影响,但含富铝尖晶石的浇注料具有较好的抗渣渗透性能。     

再生铬刚玉骨料对刚玉-尖晶石浇注料性能及显微结构的影响

为研究再生铬刚玉在刚玉-尖晶石浇注料中应用的可能性,采用粒度为8~5、5~3、3~1和≤1 mm的电熔白刚玉,≤0. 074 mm的板状刚玉,≤1、≤0. 044 mm的电熔尖晶石等为主要原料,纯铝酸钙水泥为结合剂,同时添加适量的复合减水剂,按骨料与细粉质量比60∶40配料。研究了以多粒级再生电熔铬刚玉骨料逐步替代等粒级白刚玉骨料,其加入量(w)依次为15%、30%、45%和60%时,对刚玉-尖晶石浇注料110℃烘干和1 550℃处理后的抗折强度、耐压强度、加热永久线变化率,以及1 550℃处理后的高温抗折强度、抗热震性等的影响,并对部分试样进行显微结构分析。结果表明:1)与白刚玉骨料相比,再生铬刚玉骨料具有更低的显气孔率和更高的致密度,对浇注料的流动性有利; 2)再生铬刚玉骨料和白刚玉骨料在物相组成、分布以及热膨胀行为上的差异为通过骨料复配来优化浇注料的性能提供了依据,其中,再生铬刚玉和白刚玉加入量均为30%(w)时的等量复配模式有利于提高浇注料的高温强度,而再生铬刚玉加入量(w)为15%或45%的主副搭配型复配模式对改善浇注料抗热震性更为有益; 3)在加水量相同条件下,以再生铬刚玉骨料为主的浇注料经高温处理后生成的CA6的结晶形态更好。