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。     

基于水氯镁石合成水合硅酸镁及其在镁质浇注料的应用

水氯镁石是一种非常具有应用前景的镁盐资源,其储量丰富,成本低廉。以青海盐湖水氯镁石和水玻璃合成不同MgO/SiO₂摩尔比(0.5:1,1:1,1.5:1)的水合硅酸镁(M-S-H)凝胶,采用XRD、SEM、红外和核磁共振等测试手段研究M-S-H的合成机理和结构特征,进而将合成的M-S-H与硅微粉复合制备镁质浇注料,探究M-S-H结构对浇注料结合特性的影响规律。结果表明:不同MgO/SiO₂摩尔比的M-S-H呈层状堆叠结构,MgO/SiO₂摩尔比为1:1时M-S-H的层间自由水少,结晶度最高;M-S-H替代部分硅微粉制备镁质浇注料能显著提高1 550 ℃热处理后浇注料的力学性能,其中MgO/SiO₂摩尔比为1:1的M-S-H复合硅微粉制备的镁质浇注料综合性能最佳,与添加6%(质量分数)硅微粉制备的镁质浇注料相比,其常温抗折强度和高温抗折强度分别提高75%和8%。     

硅微粉在耐火浇注料中的应用

硅微粉在浇注料中得到了广泛的应用。硅微粉质量会影响浇注料的性能,特别是流动性和凝固性。对从电炉中得到的硅微粉质量进行了研究。     

硅微粉pH值对高铝质低水泥浇注料性能的影响

研究了硅微粉pH值、草酸和柠檬酸对高铝质低水泥浇注料的流动性、硬化时间和常温力学性能的影响.结果表明,硅微粉pH值在5.5～8.5之间,高铝质低水泥浇注料可以获得良好的流动性;随着硅微粉pH值的增大,浇注料的硬化时间缩短;当硅微粉呈弱碱性时,浇注料强度最好.草酸和柠檬酸的加入对浇注料的流动性影响不显著,但会明显延长硬化时间,减弱流动值的衰减,延长可施工时间,其中柠檬酸的效果比草酸显著;酸性物质的加入降低了浇注料110℃的强度,而1 100℃的强度则有所提高.     

MgO-SiO2-H2O凝胶结合MgO浇注料的水化行为

虽然高性能耐火浇注料在先进炼钢中扮演着重要角色,然而镁质浇注料却没有被广泛使用. 其中一个首要的问题是MgO水化过程中水镁石的生成会导致体积膨胀和随之而来的开裂,通常被称为"熟化". 为了克服这些问题,开发了一种基于MgO-SiO2-H2 O结合的无水泥MgO浇注料的新特色产品( SioxX-Mag). 本文进行了系统的工作以弄清MgO水化和制备出无裂纹MgO浇注. 将SioxX-Mag和硅微粉配合,可以抑制水镁石生成产生的裂纹,也可以研制出干燥后无裂纹的大型预制块. 用XRD技术对干燥过程中水化后取自大型预制块内部的试样进行了研究. 结果表明,对于MgO浇注料,硅微粉是一种有效的抗水化添加剂. 当硅微粉为8%时,MgO的水化被抑制,也观察不到水镁石相,而且能制备出无裂纹的大型MgO浇注料预制块. 当硅微粉较少时(如6%) ,干燥过程中会生成水镁石,而且预制块中可以观察到裂纹.     

硅微粉对铝镁浇注料的性能影响

铝镁浇注料具有优良的高温强度、抗蠕变性、抗热震性和较高的使用温度,其抗碱性渣的能力较强,广泛应用于钢包包壁.硅微粉对铝镁浇注料性能影响较大,本文通过在铝镁浇注料中变化硅微粉含量,分析了硅微粉对铝镁浇注料性能的影响.研究结果表明:铝镁浇注料在1773 K及1373 K热处理条件下,随着硅微粉含量的增加,试样体积密度及耐压抗折强度呈现先增大后减小趋势,显气孔率呈现先减小后增大趋势;加入5％硅微粉的试样线膨胀系数比4％试样的大,1773 K热处理的线膨胀系数比1373 K热处理试样的大,在低于873 K情况下铝镁浇注料导热系数随硅微粉含量增加而增加.综合考虑铝镁浇注料在钢包使用过程中各方面的性能要求,在现有颗粒级配工艺下,硅微粉含量较为合适的配比值为3％～4％.     

硅微粉对超低水泥浇注料流动性的影响

采用不同硅微粉,研究了其对高铝浇注料基质泥浆粘度的影响,结果表明,基质泥浆粘度随硅微粉加入量增加而增大.这是因为硅微粉与水反应形成水化产物,水化产物发生聚合,分子的体积增大,使浆体层流阻力增大,导致泥浆粘度上升.而随硅微粉含量增加,浇注料的振动流动性增加,这与硅微粉的填充减水机理密不可分.     

硅溶胶结合镁质耐火浇注料的显微结构和性能

不用添加其它结合剂,便实现了在碱性耐火浇注料中加入硅微粉生成镁橄榄石相。由于硅溶胶具有更高的干燥速度和烧结性,最近几年开始广泛使用硅溶胶。本文研究了在镁质耐火浇注料中用硅溶胶替换硅微粉后对镁橄榄石形成的影响。研究了不同温度下、不同硅溶胶含量的试样的物理性能。而且,用X射线衍射(XRD)和电子显微镜(SEM)分别检测了试样在1 000℃、1 200℃和1 400℃下烧成后的相变化和显微结构变化。结果表明,由于氧化镁与硅微粉和硅溶胶反应,干燥后试样中氢氧化镁和水合硅酸镁的生成加强了试样的结构强度,大约在1 000℃生成镁橄榄石,且随着温度的上升逐渐增加。同时,当增加硅溶胶含量时会生成发育更好的镁橄榄石。进一步研究发现了二氧化硅添加剂的种类对耐火浇注料试样性能的影响。在1 400℃时,硅微粉和硅溶胶同时存在(MS3C3试样)时比只添加硅微粉(MS试样)的力学强度更优良。     

高纯二氧化硅微粉含量对Al2O3-SiC-C铁沟渣线浇注料性能的影响

以棕刚玉颗粒(15～8 mm,8～5 mm,5～3 mm,3～1 mm),板状烧结刚玉(1～0 mm),碳化硅(3～1 mm,≤1 mm,≤0.063 mm)、白刚玉粉,活性氧化铝微粉和高纯二氧化硅微粉以及单质硅粉和球状沥青等为主要原料,制备了出铁沟渣线用Al2 O3-SiC-C质浇注料,并研究了高纯硅微粉含量对其流动性及高温使用性能的影响.结果表明:随高纯硅微粉含量的增加,浇注料的初始流动性基本呈增加趋势,且其流动值的保持时间延长.随高纯硅微粉含量的增加,浇注料的热态抗折强度呈增加趋势,且抗侵蚀性也会增强.     

大型高炉用Al2O3-SiC-C铁沟浇注料的研制与使用

研究了硅微粉、炭素、α Al2 O3 微粉对Al2 O3 -SiC -C铁沟浇注料流动性、线变化率及热处理后强度的影响。研制的低水泥Al2 O3 -SiC -C铁沟系列浇注料在宝钢的大型高炉上使用 ,一次通铁量 (过程不修补 )达 10万t以上 ,在日本NKK -NKT钢管公司的大型高炉上使用 ,通铁量达 35～ 4 0万t(过程中渣线部位修补 1～ 2次 ) ,均取得了良好的使用效果。     

微粉对刚玉质自流浇注料性能的影响

研究了由四种Ａｌ２Ｏ３微粉制得的泥浆的流变性能及对刚玉质自流浇注料性能的影响。研究发现,由环缝磨制备的电熔白刚玉微粉制得的泥浆具有优良的流动性能,微粉泥浆的流动性同微粉原料的晶相组成、组织结构、粒径分布和粉碎设备有关。浇注料中加入适量的优质微粉,能显著提高浇注料的流动性,改善刚玉质自流浇注料的组织结构     

高铝矾土-尖晶石钢包浇注料的开发与应用

采用高铝矾土和矾土基尖晶石为主要原料 ,制备了高铝矾土 -尖晶石浇注料 ,研究了硅微粉和烧结镁砂细粉的加入量对该浇注料高温抗折强度及抗渣性能的影响及新开发的防爆剂对浇注料抗爆裂性能的影响。结果表明 :加入适量的硅微粉和烧结镁砂细粉 ,可改善浇注料的强度和抗渣性 ;新型防爆剂可有效改善浇注料的抗爆裂性 ;研制的浇注料在 4 0t连铸钢包上使用 ,效果很好。     

刚玉细粉对镁质浇注料性能的影响

以电熔镁砂为主要原料,通过改变刚玉细粉的加入量,在110℃、24h烘干及1 500℃、3h烧成制度下,研究了刚玉细粉的加入量对镁质浇注料性能的影响。结果表明,当刚玉细粉的加入量大于或小于6%时,镁质浇注料显气孔率大、耐压强度低、抗渣性能差。当刚玉细粉加入量为6%时,镁质浇注料综合性能优良。     

Enhancement of bonding network for silica sol bonded SiC castables by reactive micropowder

Silica sol bonded castables have obvious advantages over low cement or hydratable alumina bonded castables in drying performance and sintering properties for SiC castables. However, they are not widely used due to their weak strength at low temperature. The efficiency of bonding network for silica sol bonded SiC castable in the presence of different reactive micropowder such as SiO₂ micropowder and α-Al₂O₃ micropowder was evaluated through oscillatory tests, sintered properties and microstructural analysis. Results show that the polymerization reaction between SiO₂ micropowders enhanced the siloxane network and reinforced the bonding strength, furthermore, the addition of α-Al₂O₃ micropowder contributed to accelerating the formation of the siloxane network and hardening of the silica sol at lower temperatures and shorter time. Silica sol performed well as a binder agent for SiC castables with an addition content of 3 wt% SiO₂ micropowder and 2 wt% α-Al₂O₃ micropowder, which showed high strength and good workability at room temperature. And Silica sol bonded SiC castable with the above micropowder contents possessed the best mechanical behavior after heat treatment due to combined binding of SiC whiskers and mullite.     

尖晶石微粉对铝镁质钢包浇注料性能的影响

研究了尖晶石微粉（MgO15．98％）的加入量对铝镁质浇注料作积密度、显气孔率、强度、热震稳定性及抗渣侵蚀与渗透能力的影响。当尖晶石微粉的加入量为2％～4％时,铝镁质浇注料的性能较好。微粉粒径、加入量、MgO的含量等诸因素相配合是很重要的。     

轻质自流耐火浇注料

探讨了影响轻质自流耐火浇注料流动性的主要因素：颗粒级配，粒径，超细粉等，通过复合使用硅灰与自制粘土质超细粉，解决了流动性与稳定性的矛盾。制备的轻质自流浇注料流动性好，物理力学性能与普通浇注料相同。     

分散剂和促凝剂对Al2O3-SiC-C浇注料流动性能的影响

研究了分散剂六偏磷酸钠和聚丙烯酸钠对Al2O3-SiC-C质浇注料流动性的影响,以及促凝剂镁盐和铝盐对以六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠为分散剂的Al2O3-SiC-C质浇注料的促凝效果.结果发现浇注料的流动值随六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠加入量的改变而改变;以六偏磷酸钠作分散剂,其加入量为0.03%时,浇注料的流动值最大;以聚丙烯酸钠作分散剂,其加入量为0.05%时,浇注料的流动值最大;镁盐和铝盐对以六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠作分散剂的浇注料有良好的促凝作用,但分散剂不同时其促凝机理也不同.     

Al2O3-SiC-C质湿式喷射浇注料的研究和应用

以高纯莫来石、碳化硅、SiO2微粉、Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥、白刚玉细粉和球沥青等为原料,研究了q值为0.23、0.25、0.27、0.29和0.31时湿式喷射浇注料的流变性能;进一步研究了q值为0.27时,SiC加入量(质量分数分别为12%、15%、18%、21%)对其流变性能、常温物理性能和高温抗折强度、抗热震性能、抗渣侵蚀性能的影响。结果表明:根据Andreassen方程,当q=0.27时,配制的浇注料具有较好的流变性能;加水量为6.5%(w)时,研制浇注料的流变性能类似于宾汉姆流体,适于管道输送;SiC加入质量分数为18%时,浇注料具有较高的高温抗折强度、抗渣侵蚀性能和抗热震性能;经对鱼雷罐和出铁沟的喷补使用证明,研制的湿式喷射浇注料施工性能好,使用性能优异。     

耐火材料用有机-无机复合结合剂的研制

以水泥为结合剂的浇注料中含有CaO,在烧成过程中能够生成低共熔相而影响了其高温性能。为了提高浇注料的高温使用性能,需要在保证浇注料具有一定的常温强度的基础上,研制低水泥或者无水泥的新型结合剂来替代水泥结合剂。以丙烯酰胺体系为基础,探讨了丙烯酰胺系有机-无机结合剂在矾土基浇注料中的实际使用效果。结果表明,浇注料在110℃烘干后的体积密度、显气孔率、耐压和抗折强度等常温性能良好,尤其是抗折强度得到很大的提高。在不同高温烧成后,有机结合剂的浇注料性能得到提高。     

环形狭缝式透气砖的研制与应用

以板状刚玉为主要原料,纯铝酸钙水泥为结合剂,研究了尖晶石细粉、活性Al2O3微粉、Cr2O3微粉对透气砖性能的影响,并研究了不同材质,狭缝形式、狭缝长度和狭缝厚度对钢水渗入狭缝的影响。结果表明:适量的活性Al2O3微粉可提高透气砖浇注料的流动性和体积密度;尖晶石可显著改善试样的抗热震性能,但加入量过大会影响材料的高温体积稳定性,并恶化抗渣性能;Cr2O3微粉对材料的流动性和抗热震性能影响不显著,但可提高其抗渣性能。透气砖材质、狭缝形式和狭缝长度对狭缝渗钢的影响不明显,但狭缝厚度会显著影响钢水在狭缝中的渗透行为。与条形缝相比,环形缝可改善透气砖的透气性能,提高透气砖的使用寿命,吹通率达到了100%。