硅溶胶对刚玉浇注料性能的影响

以5～8、3～5、1～3及≤1 mm的电熔刚玉为骨料,致密刚玉粉(≤0.074 mm)、白刚玉粉(≤0.043mm)及α-Al2O3微粉为细粉,矾土水泥和硅溶胶为结合剂,按骨料、粉料质量比为64∶36配料制成试样,自然养护后于110℃24 h烘干,然后分别于815℃3 h、1 100℃3 h和1 400℃3 h热处理。对处理后试样进行了常温抗折强度、耐压强度、体积密度、线变化率和抗热震性能的检测及显微结构分析。结果表明:硅溶胶结合浇注料于1 100℃3 h处理后的抗折强度和耐压强度分别达到27.1和178 MPa,远高于相同温度下水泥结合浇注料的;硅溶胶结合浇注料在20～1 100℃水冷热震循坏100次后基本没有出现裂纹,其耐压强度损失率仅为24.4%,而水泥结合的浇注料热震循坏49次后就完全开裂。     

添加Si粉-埋碳热处理对刚玉浇注料性能的影响

为了进一步提高刚玉浇注料的高温使用性能,在超低水泥刚玉浇注料中加入不同质量分数(分别为0、4%、6%、8%、10%)的Si粉,经振动浇注成型、养护、烘干后,在埋碳条件下于1 400℃热处理6 h,测定试样的加热永久线变化率及烧后试样的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度以及1 200和1 400℃的热态抗折强度,并对部分热处理后试样进行了XRD和SEM分析。结果表明:1)在刚玉浇注料中引入Si粉,并在埋碳条件下热处理可显著提高浇注料的热态强度。2)埋碳热处理后,试样中不仅形成了非氧化物SiAlON和SiC,而且生成了莫来石,可有效提高浇注料在1 400℃的热态强度。     

铝酸盐水泥对硅溶胶结合刚玉质浇注料结构与性能的影响

结合铝酸盐水泥与硅溶胶各自的优势来改善浇注料的力学性能是一种既廉价又简便的优化策略。以棕刚玉、致密刚玉等为主要原料，硅溶胶和铝酸盐水泥为结合剂，制备了刚玉质浇注料，研究了铝酸盐水泥加入量(加入质量分数分别为0、1%、2%、3%和4%)对硅溶胶结合刚玉质浇注料的影响。结果表明，铝酸盐水泥水化促进了硅溶胶的凝聚缩合反应，同时形成Si—O—Ca、Si—O—Al化学键，加快形成稳定的三维网络结构。随着铝酸盐水泥加入量的增加，试样经110℃养护后的常温强度增大，经1 100、1 400℃热处理后的常温强度先升高后降低，经1 400℃热处理后的高温抗折强度迅速下降，热震后的常温抗折强度先升高后小幅下降，强度保持率则逐渐增加。添加1%(w)铝酸盐水泥的硅溶胶结合浇注料试样的综合性能最佳。     

硅溶胶结合刚玉和刚玉-莫来石浇注料的性能研究

以电熔白刚玉、电熔莫来石、氧化铝微粉、二氧化硅微粉和硅溶胶为主要原料,制备了硅溶胶、二氧化硅微粉结合刚玉浇注料以及硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料,研究了不同温度处理后浇注料的常温性能、冷态和热态抗折强度以及弹性模量等性能,并进行了差热、X射线衍射和显微结构分析。研究结果表明:1)与二氧化硅微粉相比,硅溶胶能够显著提高浇注料800℃以下的抗折强度;硅溶胶结合和二氧化硅微粉结合的机制以及随温度变化的规律基本一致。2)高温下刚玉骨料中β-Al2O3分解产生的Na2O大部分进入液相,使液相中Na2O含量增加,不利于浇注料中原位生成莫来石,并降低材料的高温强度。3)莫来石加入到硅溶胶结合刚玉浇注料中,能显著降低浇注料的弹性模量,借助于高温下液相的传质作用,莫来石彼此连接形成网络,从而增加了浇注料的强度。     

锆莫来石加入量对刚玉质耐火浇注料抗热震性的影响

以电熔刚玉、锆莫来石、α-Al2O3微粉为主要原料,以铝酸钙水泥为结合剂,制备了刚玉质耐火浇注料.研究了锆莫来石加入量(质量分数分别为0、3％、6％、9％)对刚玉质耐火浇注料物理性能、物相组成和显微结构的影响.结果表明:随着锆莫来石加入量的增加,110℃×24 h烘干后试样体积密度呈先增大后减小,显气孔率呈先减小后增大趋势,常温抗折强度变化不大;1600℃×3h处理后耐火浇注料试样体积密度和常温抗折强度呈先增大后减小的趋势,1500℃×0.5 h高温抗折强度呈明显下降趋势.锆莫来石的引入对刚玉质耐火浇注料的抗热震性有所提高.综合各项性能,认为锆莫来石的最佳加入质量分数为3％.     

h-BN加入量对低水泥刚玉质浇注料性能的影响

为了提高低水泥刚玉质浇注料中温处理后的强度和抗热震性,在其配料中引入不同量的h-BN粉(其质量分数分别为0、0.5%、1%、1.5%和2%),经成型、养护、脱模、烘干、750℃热处理后,检测试样的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、常温耐压强度、抗热震性,并进行XRD分析。结果表明:随着h-BN加入量的增加,750℃处理后试样的显气孔率有所减小,体积密度逐渐减小,常温耐压强度逐渐增大,常温抗折强度也呈增大趋势,抗热震性逐渐改善。可见,加入h-BN有助于提高低水泥刚玉质浇注料中温处理后强度和抗热震性。     

硅溶胶对莫来石结合刚玉质耐火材料力学性能的影响

以板状刚玉为骨料,莫来石为结合相,采用反应烧结工艺制备莫来石结合刚玉质耐火材料.以SiO2微粉作为合成莫来石的硅源,并尝试引入硅溶胶,以其部分取代SiO2微粉,旨在提高复相耐火材料的力学性能.结果表明:引入硅溶胶能促进莫来石合成,使显微结构更均匀致密,显著提高了材料强度和高温抗蠕变性.1 550℃烧成时,以硅溶胶取代4%(质量分数,下同)SiO2微粉作硅源制备的样品比以SiO2微粉作硅源制备的样品,其常温和高温抗弯强度分别提高40.16%和29.92%;1 650℃烧成时,前者比后者高温抗蠕变率降低71%.载荷-变形测试结果显示:莫来石结合刚玉质耐火材料常温断裂过程为渐进式,引入硅溶胶,在一定程度上提高了材料常温断裂韧性.     

点火炉用硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料的性能及应用

以致密刚玉、莫来石为骨料,以白刚玉粉、α-Al2O3微粉及莫来石粉为细粉,研制了点火炉用硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料,并在武汉钢铁集团烧结厂点火炉改造中与水泥结合刚玉-莫来石浇注料进行了实际应用对比。结果表明:1)硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料中温处理后的强度、体积稳定性、抗热震性、抗CO侵蚀均优于水泥结合浇注料的。2)硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料的一次性施工厚度大,可快速烘烤,能有效缩短点火炉改造时间;而且能有效降低因衬体开裂,使煤气、热风窜漏而导致的炉顶温度升高,同时使炉衬挂渣、剥落的现象减轻,从而有望提高炉衬的使用寿命。     

Al2O3微粉及Alphabond加入量对无水泥刚玉质浇注料性能的影响

为了改善刚玉质浇注料的热态强度和抗侵蚀性,采用水合氧化铝Alphabond作为结合剂,分别调整Al2O3微粉及Alphabond加入量,研究了Al2O3微粉及Alphabond加入量对无水泥刚玉质浇注料性能的影响。结果表明:Al2O3微粉加入量对浇注料的成型性能和烧后强度影响较大,其最佳加入量在Alphabond含量(质量分数,下同)为3%时为11%左右;增加Alphabond加入量(在0~4%范围内)可大幅度提高浇注料的烘干强度,但1400℃及1600℃烧后常温抗折强度和1400℃高温抗折强度明显降低。     

活性MgO和铝酸钙水泥结合刚玉-尖晶石浇注料性能对比

为改善刚玉-尖晶石浇注料的性能，以板状刚玉、活性氧化铝、烧结镁砂细粉为主要原料，分别以活性MgO和铝酸钙水泥(CAC)为结合剂制备了刚玉-尖晶石浇注料，对比了二者对1 600℃煅烧3 h后试样的显气孔率、烧后线变化率、常温抗折强度、常温耐压强度和抗CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃-SiO₂(CAFS)渣侵蚀性能的影响。结果表明：经1 600℃热处理后，与CAC结合的刚玉-尖晶石浇注料相比，活性MgO结合的刚玉-尖晶石浇注料的常温抗折强度和常温耐压强度较低，但其体积稳定性、对CAFS渣的抗侵蚀性和抗渗透性显著提高。     

结合方式对碳化硅浇注料氮化后抗热震性和显微结构的影响

研究了铝酸钙水泥(CAC)+二氧化硅微粉(MS)结合、水硬性氧化铝(HA)+二氧化硅微粉(MS)结合、二氧化硅溶胶结合的3种结合方式对氮化处理后碳化硅浇注料抗热震性和显微结构的影响。结果显示:3种结合方式制备的试样经600、800和1 100℃水冷1次热震后的残余抗折强度和强度保持率都随着温度的升高而降低,但在1 100℃热震后,3种结合方式的试样的残余抗折强度相当,二氧化硅溶胶结合的浇注料具有较好的抗热震性。分析表明,本试验的3种结合体系中,无水泥结合方式的试样中原位生成的SiAlON具有更大的长径比,特别是纤维状的SiAlON,对高温下结构的保持和抗热震性的提高更为有利。     

Properties of silica sol bonded corundum‐spinel castables for steel ladles

In order to overcome the shortcoming of the calcium aluminate cement (CAC) bonded castables, we prepared corundum‐spinel castables using silica sol as binder and tabular corundum, sintered magnesia‐alumina spinel, and reactive alumina as raw materials in this study. The effect of spinel grain size and solid content of silica sol on the flow value, sintering, mechanical strength and microstructure of the specimens treated at varying temperature of 400, 1000, 1500, and 1650°C for 5 hours in an air atmosphere were studied by SEM and EDS analyses. The results indicate that silica sol is suitable as a binder for corundum‐spinel systems. And silica sol with solid content of 25% bonded samples containing ≤90 μm spinel perform quite better than the others. At the same time, silica sol bonded samples had high strength in medium temperature. This is because that the closer proximity of silica sol and alumina powder and the high activity of nanometer SiO₂ in silica sol are beneficial for the reaction of SiO₂ and Al₂O₃ to generate mullite needed for reinforcement of castables matrix.     

新型结合剂SioxX-Zero对喷煤管用无水泥浇注料显微结构和性能的影响

喷煤管是水泥回转窑的关键承力部位,长期承受高温熟料粉尘和气流的剧烈冲刷,需具备优异的高温力学性能。本工作分别以新型SioxX-Zero和传统铝酸钙水泥为结合剂,采用板状刚玉、α-Al₂O₃微粉和碳化硅等为主要原料,分别在1 100 ℃和1 400 ℃热处理3 h,制备了喷煤管用无水泥和低水泥结合Al₂O₃-SiC质浇注料,并研究了新型SioxX-Zero结合剂对浇注料显微结构、常规物理性能和高温力学性能的影响。结果表明:与传统铝酸钙水泥相比,SioxX-Zero能有效提高浇注料流动值和延缓流动值衰减,改善其施工性能。同时,含SioxX-Zero的Al₂O₃-SiC质浇注料中原位生成了数量较多、尺寸较大的针状莫来石,大幅改善了材料的常温抗折/耐压强度、高温抗折强度和高温耐磨性能。     

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。     

Effect of microsilica addition on the properties of colloidal silica bonded bauxite-andalusite based castables

Colloidal silica bonded bauxite-andalusite based castables were prepared using homogenized bauxite and andalusite as aggregates, andalusite fines, corundum fines, ultrafine Al₂O₃ as matrixes and colloidal silica as binders. Effects of microsilica addition on the green strength, physical properties, hot strength and thermal shock resistance of castables were investigated. Moreover, phase composition and morphological evolution of specimens were characterized by XRD and SEM analysis. Green strength after demoulding, cold strength and hot strength as well as thermal shock resistance of the castables are enhanced with microsilica addition, which attribute to generating more chemical bond (–Si–O–Si–) after demoulding and heating at intermediate temperature (up to 1100 °C), and creating a stronger mullite bonding at higher temperature (1400 °C) compare to the specimens without microsilica.     

Effects of Tabular Corundum Types on Properties of Corundum-spinel Castables

The corundum-spinel castables were prepared by six kinds of tabular corundum as aggregates,respectively,and their linear change rate on heating,apparent porosity,bulk density,cold modulus of rupture,cold crushing strength,hot modulus of rupture and thermal shock resistance were compared and studied. The results show that: 1) the six tabular corundum materials have similar main chemical composition but their physical properties vary for the different technical procedures which result in different properties of castables; 2) the optimal properties of corundum-spinel castables correspond to different tabular corundum types,so the corundum type shall be selected according to the application of the castables.     

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.     

骨料浸渍硅溶胶对矾土基耐火材料性能的影响

为了改善矾土基耐火材料的力学性能和抗热震性能,分别以SiO2含量(w)为15%和30%的硅溶胶对3~1 mm的矾土熟料粗颗粒进行浸渍处理,再与≤1 mm的矾土熟料颗粒、≤0.074 mm的矾土熟料细粉、α-Al2O3微粉、≤0.074 mm的红柱石细粉、≤0.074 mm的广西白泥、纸浆废液等经配料、成型、干燥、烧成(1400、1450和1500℃保温3 h),制得矾土基耐火材料,同时制备了使用未浸渍3~1 mm矾土熟料的空白试样。结果表明:1)随着烧成温度的升高,试样的常温抗折强度和常温耐压强度呈先升高后降低的变化趋势,其最佳烧成温度为1450℃。2)随着浸渍用硅溶胶浓度的提高,试样的烧后线变化增大,体积密度、常温抗折强度和常温耐压强度降低,高温抗折强度、荷重软化温度和抗热震性能提高,这是由骨料表面硅溶胶层中的SiO2与骨料及周围基质中的Al2O3反应生成了莫来石所致。3)当浸渍用硅溶胶中SiO2含量(w)为15%时,材料的综合性能最优。