新一代β-Sialon复合MgAION耐火材料抗渣及抗钢水性能

通过对β-Sialon复合MsAION材料的抗渣及抗钢水侵蚀性能的研究发现,该材料抗渣侵蚀性能较好,侵蚀机理为β-Sialon与MgAION溶解于渣中并析出针状Sialon和近化学计量的镁铝尖晶石,同时渣向材料内部渗透。需要说明的是Mg-AION在渣中的溶解低于β-Sialon的溶解;钢水对试样的侵蚀程度较低。分析表明侵蚀过程主要是基质中β-Sialon溶解,颗粒基本未变化,侵蚀后形成了薄薄的主要由尖晶石和Sialon及刚玉构成的反应层。     

刚玉尖晶石砖的抗渣性能

采用真空感应炉进行了刚玉尖晶石耐火砖的动态抗渣实验,研究了高碱度脱硫渣和铝硅镇静钢精炼渣对该耐火砖的侵蚀,分析了两种碱性渣对其侵蚀机理.结果表明,刚玉尖晶石耐火砖抗铝硅镇静钢精炼渣侵蚀性能优于高碱度脱硫渣.刚玉尖晶石耐火砖抗侵蚀性能主要受渣中氧化铝和氧化钙含量影响.高碱度脱硫渣中CaO,SiO2,CaF2含量较高,与刚玉尖晶石耐火砖中的Al2O3发生反应低熔点物质,降低了渣的粘度,侵蚀较严重;高碱度脱硫渣中Al2O3含量低,导致尖晶石中MgO直接溶解,而铝硅镇静钢精炼渣中Al2O3含量高,在MgO/渣界面形成MA尖晶石,导致间接溶解,抑制渣侵蚀.     

钢包渣对轻质方镁石–镁铝尖晶石耐火材料的侵蚀机理

采用多孔方镁石–镁铝尖晶石陶瓷骨料、镁铝尖晶石细粉、镁砂细粉和刚玉细粉等原料制备了尖晶石细粉含量不同的轻质方镁石–尖晶石耐火材料。以钢包渣为侵蚀介质、采用静态坩埚法对材料进行了侵蚀实验,并借助扫描电子显微镜、能谱仪和Fact Sage?热化学软件研究了镁铝尖晶石细粉含量对轻质材料抗渣性能的影响。结果表明:镁铝尖晶石比方镁石具有更强的固溶Fe_2O_3和MnO的能力,能通过吸收渗透渣中Fe_2O_3和MnO增加渗透渣黏度,且当尖晶石细粉含量从0%(质量分数)逐步增大到26.5%时,材料气孔的平均孔径逐渐减小,这些有利于提高抗渣渗透性能;尽管镁铝尖晶石比方镁石更易于溶入钢包渣,但因增加尖晶石含量增强的抗渗透能力,减小了材料与渣的接触面积,减缓了尖晶石向渣中的溶解速率,进而提高了材料的抗渣侵蚀性能。随着尖晶石细粉含量从0%、8.5%、16.3%逐步增加到26.5%,轻质方镁石–尖晶石耐火材料的抗渣性能也逐步提高。     

AlON加入物对碱性浇注料抗渣性的影响

氧化镁氧化铝碱性浇注料一个弱点为抗渗透性差, 为改善钢包浇注料抗渣性能, 提高其使用效果和寿命, 运用静态坩埚法研究含AlON的MgO-Al2O3浇注料抗渣性.实验温度为1 600 ℃, 渣侵蚀时间为3 h.研究结果表明: 在还原气氛下, AlON取代浇注料基质中Al2O3能显著提高试样的抗渣侵蚀和抗渗透性. 在氧化气氛下, AlON对基质中Al2O3取代质量比不超过50%时, 抗氧化剂的加入有助于保持AlON优良的抗渣性, 产生这种结果的原因可归结于形成在高温下与氧化物渣难以润湿的含N尖晶石MgAlON, 从而延缓渣对浇注料的侵蚀和渗透.     

浸入式水口渣线ZrO2-C材料的侵蚀机制

通过观察损毁样品的侵蚀和渗透情况,研究浇铸TRIP钢时保护渣对ZrO2-C渣线材料的侵蚀机制。ZrO2及其稳定剂CaO的侵蚀溶解是渣线材料侵蚀的决定因素。氧化是石墨损毁的主要方式,石墨在钢水里的溶解对其损毁不起重要作用。ZrO2溶解量和石墨氧化量的比值随着热面到钢水垂直距离的减少而减少。然而,与其他炼钢用碳结合耐火材料不同,在本研究的特殊情况下,石墨被保护渣浸润,它仍然充当耐火成分,但仅部分作为抗渣渗透剂。渣渗透后,ZrO2开始被侵蚀,降低了抗渣侵蚀性,然而渣中成分的气相传输可能导致CaO在未渗透区域脱溶。     

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。     

原位反应生成Sialon结合Al2O3-C材料的抗渣侵蚀机理

以电熔白刚玉、单质硅粉和石墨为主要原料,在氮气气氛下1450℃保温4h原位生成Sialon结合Al2O3-C材料,采用静态坩埚法对烧后的Sialon结合Al2O3-C材料在1600℃下进行抗渣实验.采用XRD分析氮化后Al2O3-C材料的物相组成,用SEM和EDS分别对渣蚀后材料的显微结构和成分进行分析.结果表明:Al2O3-C材料高温氮化后能够生成较多β-Sialon相和少量的SiC相;热力学分析表明,Sialon和SiC本身氧化产生的SiO2和Al2O3,溶解到渣中,降低渣的侵蚀和渗透;SEM结果表明,渣的渗透主要是沿刚玉颗粒边缘进行的,随着渗透的深入,CaO含量不断下降.     

O’-Sialon-ZrO_2-C系材料抗Al_2O_3沉积性能

研究了O’-Sialon－ZrO2－C系材料的抗Al2O3沉积性能,并与Al2O3-C质材料进行了对比。结果表明：O’－Sialon－ZrO2－C系材料的抗Al2O3沉积性能明显优于Al2O3－C质材料,其抗Al2O3沉积机理主要为浇钢温度下O’－Sialon与钢液中夹杂的Al2O3接触并反应生成了低熔相而被钢水冲刷掉,从而阻碍了Al2O3在材料表面的沉积附着。O’－Sialon－ZrO2－C系材料的抗侵蚀能力随材料中ZrO2含量的提高而增强.     

RH真空炉衬用无铬耐火材料抗渣性能的研究

对镁锆质、镁尖晶石质、镁尖晶石钛质和镁尖晶石锆质4种典型的无铬耐火材料的抗渣侵蚀性能进行了研究,并与RH真空炉下部槽用镁铬砖进行了对比。结果表明:炉渣对耐火材料的侵蚀主要是通过炉渣中铁氧化物、CaO、SiO2和MnO向材料内部扩散而产生的侵蚀反应造成的。镁锆质材料中的ZrO2吸收炉渣中的CaO生成高耐火性能的CaO.ZrO,使镁锆材料较其他3种MgO基无铬耐火材料具有更优良的抗炉渣侵蚀性。     

不同Al2O3含量的镁铝尖晶石抗钢包渣侵蚀性研究

分别以四种不同Al2O3含量的镁铝尖晶石粉S67、S70、S78、S90为原料,纸浆废液为结合剂,混匀后压制成型,经烘干和1 600℃3 h热处理后,进行1 600℃保温3 h的抗钢包渣侵蚀试验,并对侵蚀后的四种尖晶石试样进行显微结构分析,以比较其抗钢包渣侵蚀性能的差异。结果表明:随着尖晶石原料中Al2O3含量的增加,抗渣侵蚀性能逐渐减弱,抗渣渗透性逐渐增强,但Al2O3质量分数增加到约90%(即S90)时其抗渗透反而有所减弱。SEM分析显示:在尖晶石受渣侵蚀过程中生成的MgO-FeOx固溶体和(Mg,Mn,Fe)(Fe,Al)2O4复合尖晶石,能起到抑制渣侵蚀和渗透的作用;而渗透层中游离的Al2O3与渣中CaO反应生成高熔点的CA6和CA2相,并以网络结构贯穿于尖晶石中间,有利于阻止渣的进一步渗透。综合考虑抗侵蚀性能和渗透性能认为,尖晶石原料S78抵抗钢包渣侵蚀能力较强。     

β-Sialon-Al2 O3-SiC系复相材料的研制和性能

研究了在 15 0 0℃的流动氮气中 ,用Al粉、Si粉、Al2 O3粉、刚玉和SiC的颗粒及细粉直接制备 β Sialon -Al2 O3-SiC系复相材料的氮化烧结技术。XRD和SEM分析表明 ,结合相 β Sialon的显微形貌随刚玉量的增加由纤维状向棱柱状转变 ,发育良好。复相材料的高温抗折强度高于常温抗折强度。抗热震试验结果显示 :添加适量的刚玉对β Sialon -SiC复相材料和添加适量的SiC对β Sialon -刚玉 复相材料都具有良好的增韧效果 ,这是β Sialon的纤维增强及柱状晶体原位自补强增韧和复合弥散相增韧综合作用的结果。抗碱和抗高炉渣试验均显示了该复相材料优良的抗碱和抗铁渣侵蚀能力。     

尖晶石性质对刚玉-尖晶石不烧砖抗渣性的影响

采用静态坩埚法研究了添加3种不同性质尖晶石的刚玉-尖晶石不烧砖的抗渣性能,并通过XRD、SEM和EDAX分析了尖晶石的晶粒尺寸、晶格畸变对试样抗渣性的影响.结果表明:(1.尖晶石的晶粒尺寸影响试样的抗侵蚀能力,晶粒尺寸越大,试样抗侵蚀能力越强;(2.晶格畸变较大时,尖晶石在渣/耐火材料界面处吸收熔渣中Fe、Mn离子能力更强;(3)尖晶石的晶格畸变影响试样的抗渗透性能,当晶格畸变较大时,可吸收渣中更多的阳离子,改变渗透渣的成分,使渣富硅化,黏度增大,阻碍了熔渣进一步渗透.     

镁铬耐火材料在真空条件下的抗渣性

采用真空感应炉抗渣法,研究了半再结合镁铬耐火材料在碱度分别为0.6、1.1、1.5和1.8的CaO-SiO2渣与Al2O3含量为37.98%的CaO-Al2O3渣中的抗侵蚀性,试验条件是真空度5kPa、1650℃保温25min。对侵蚀后的试样进行观察与测量,并用SEM与EDAX分析了试样的断面形貌和化学组成变化。结果发现:在CaO-SiO2渣中,随着炉渣碱度的升高,镁铬试样中的尖晶石更易于受到熔渣的侵蚀,并且尖晶石中的Cr2O3、Fe2O3被CO与钢水中的C还原为金属态的铬铁合金,试样的直接结合被破坏,侵蚀量变大。在CaO-Al2O3渣中,镁铬试样在边界层生成致密的MA尖晶石,抑制了熔渣的进一步侵蚀和Cr2O3、Fe2O3的还原,显示出较好的抗侵蚀性。     

微孔镁尖晶石碳耐火材料的抗渣性能研究

以方镁石-尖晶石微孔陶瓷、电熔镁砂为骨料,以电熔镁砂细粉、鳞片石墨、金属铝粉为基质材料,以酚醛树脂为结合剂制备了含微孔陶瓷骨料的镁尖晶石碳试样.采用感应炉浸渍法对试样进行了抗渣试验,并对渣蚀后的试样进行了SEM和EDAX分析.结果发现:熔渣和熔钢冲刷是损毁的主要原因,熔损并不显著.显微结构分析表明,在侵蚀层和原质层之间可以发现MgO致密层的形成,MgO致密层的形成可抑制渣对试样进一步的侵蚀和渗透.渣对MSO颗粒的侵蚀主要是FeO和MnO等在方镁石中的固溶,导致MgO颗粒出现结构剥落;方镁石-尖晶石微孔陶瓷骨料的蚀损主要是尖晶石被渣中的CaO和SiO2所侵蚀,而渣对微孔骨料渗透并不严重.     

矾土基MgAlON复合材料的制备及性能研究

选用登封轻烧矾土(Al2O3含量为85wt％)、电熔镁铝尖晶石、高纯电熔镁砂、Al粉和少量的活性材料氮化气氛下制备矾土基MgAlON复合材料,考察了MgAlON含量及烧成温度对制备矾土基MgAlON复合材料性能的影响.结果表明:随着MgAlON加入量的增加,显气孔率、线变化率及增重率逐渐增大,材料体积密度逐渐减少,常温抗折强度呈上升趋势;随着烧成温度的提高,试样的体积密度略有减小,显气孔率增大,常温抗折强度逐渐增大,1500℃下氮化烧成的制品性能最好;矾土基MgAlON复合镁铝尖晶石材料比矾土基MgAlON复合镁质材料密度大,强度高,氮化效果好.     

Al2O3-ZrN-Sialon-C复相耐火材料抗渣侵性能研究

以板状刚玉、石墨、α-Al2O3、金属铝粉、单质硅粉为主要原料,ZrN-Sialon复相粉体为添加剂,采用酚醛树脂结合制备了Al2O3-ZrN-Sialon-C复相耐火材料.采用静态坩埚法研究了ZrN-Sialon复相粉体加入量对材料抗渣侵蚀性能的影响,借助SEM与EDS面扫描对渣蚀后材料的结构和成份进行分析,并探讨了Al2O3-ZrN-Sialon-C复相耐火材料的抗渣侵蚀机理.结果表明:ZrN-Sialon复相粉体加入量为9wt％时,材料表现突出的抗钢渣侵蚀性能.研究表明材料中Sialon氧化后生成的SiO2能形成致密的氧化保护层,同时ZrN氧化后形成的ZrO2有利于提高抗钢渣的浸润,阻止钢渣的渗透与侵蚀.分析认为Al2O3-ZrN-Sialon-C复相耐火材料的钢渣侵蚀机理为氧化-熔蚀-渗透.     

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.     

不同碱度渣对刚玉-尖晶石浇注料的侵蚀行为研究

浇注料的抗渣侵蚀性能与钢渣的碱度密切相关。以烧结刚玉、缺陷尖晶石微粉、活性α-Al₂O₃微粉、电熔镁砂细粉和铝酸钙水泥(Secar71)为主要原料,制备了刚玉-尖晶石浇注料,采用静态坩埚法于1 600℃保温3 h进行抗渣试验,并用热力学模拟计算了液相量和液相组成,研究了刚玉-尖晶石浇注料对3种不同碱度渣(1.6、2.3和7.6)的抗渣侵蚀性能。结果表明：刚玉-尖晶石浇注料在高碱度渣中溶解能力有限,在熔渣-耐火材料界面极易形成尖晶石固溶体和六铝酸钙等高熔点物相,形成致密层阻挡熔渣渗透和侵蚀。而其在低碱度渣中溶解度较高,在浇注料-熔渣达到较高反应程度时,才开始形成尖晶石固溶体和六铝酸钙等高温相,无法形成有效的致密层阻止熔渣对浇注料的侵蚀和渗透。因此,刚玉-尖晶石浇注料对高碱度渣抗渣侵蚀能力较强,对低碱度渣抗渣侵蚀能力较弱。     

用FactSage分析结合系统对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响

为研究结合系统对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响,首先通过FactSage热力学分析软件计算了Fe_2O_3对刚玉-尖晶石低水泥浇注料和刚玉-尖晶石无水泥浇注料两种系统的侵蚀,然后对两种系统进行了坩埚抗渣试验。FactSage计算结果表明:无CaO的ρ-Al_2O_3结合刚玉-尖晶石无水泥浇注料抗Fe_2O_3侵蚀能力明显优于含CaO的刚玉-尖晶石低水泥浇注料。坩埚抗渣试验也证实了这一结论。     

镁锆砖和镁铬砖的抗RH炉渣侵蚀性对比

为取代RH炉用镁铬材料,以电熔镁砂为主原料,分别加入单斜锆、脱硅锆、单斜锆与脱硅锆的混合粉、锆英石制备了ZrO2质量分数分别为15%和20%的镁锆砖,并利用静态坩埚法对比研究了镁锆砖和镁铬砖的抗RH炉渣侵蚀性。结果表明:对于Al2O3含量高且碱度(CaO/SiO2比)大的RH炉渣,镁锆砖抗侵蚀性能优于镁铬砖的;镁锆砖的侵蚀机理是砖中的ZrO2与渣中的CaO迅速反应,形成高熔点物相CaZrO3,能堵塞砖中的孔隙而形成致密保护层,从而阻止钢渣对镁锆砖的进一步侵蚀;而镁铬砖的侵蚀机理是渣中的Al2O3、Fe2O3等R3 和镁铬尖晶石中Cr3 交换,渣与砖反应生成的镁铝尖晶石和镁铁尖晶石使得材料变性,同时由于体积效应使镁铬材料鼓胀开裂,从而导致镁铬砖的严重侵蚀。