微孔富镁尖晶石对低碳MgO-C材料性能的影响

分别以微孔富镁尖晶石(5~3和3~1 mm)和电熔镁砂(5~3和3~1 mm)为粗骨料,以<1 mm的电熔镁砂为细骨料,以镁砂粉(≤0.088 mm)、鳞片石墨粉(≤0.088 mm)、金属铝粉(≤0.074 mm)为细粉,以酚醛树脂为结合剂,制备了w(C)=6%的两种低碳MgO-C材料,经220和1 500℃(埋焦炭)热处理后,测定其显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度、加热永久线变化率、抗热震性和抗渣性。结果表明:1)用微孔富镁尖晶石骨料取代普通低碳MgO-C材料中的部分镁砂骨料后,经220和1 500℃热处理后试样的显气孔率均比普通低碳MgO-C试样的大,体积密度均比普通低碳MgO-C试样的小;220℃固化后试样的强度比普通低碳MgO-C试样的小,但1 500℃热处理后试样的强度比普通低碳MgO-C试样的大;1 500℃热处理后试样的加热永久线变化率比普通低碳MgO-C试样的小。2)使用微孔富镁尖晶石骨料代替电熔镁砂骨料能有效提高低碳MgO-C材料的抗热震性,但对低碳MgO-C材料的抗侵蚀性不利。     

Al粉加入量对树脂结合MgO-CaO材料性能的影响

以烧结镁钙砂、电熔镁砂和铝粉为原料,热塑性无水树脂为结合剂,混练后在180 MPa压力下成型,经200℃12 h烘烤后,制备了树脂结合MgO-CaO材料试样,并研究了Al粉加入量(质量分数分别为0、2%、4%、6%)对试样的常温物理性能、高温抗折强度和抗热震性的影响及其与物相组成和显微结构的关系。结果表明:加入Al粉后,试样的高温抗折强度(1400℃)显著提高,从未加Al粉时的5.6 MPa提高到17.7~31.6 MPa;抗热震性保持较好的水平,1100℃风冷3次后的抗折强度保持率为66%~88%。这类材料具有良好高温力学性能的原因为:试样中Al粉在埋焦炭加热过程中与C和N2反应,原位生成的AlN和Al4C3填充、穿插在方镁石或方钙石结构中,起到增强、增韧的作用,提高了材料的高温力学性能。     

成型压力与热处理温度对合成镁铝尖晶石材料的影响

以特级铝矾土和轻质氧化镁为主要原料,按m(Al2O3):m(MgO)=2.54配料,采用一步烧结法制备尖晶石材料,研究了成型压力(分别为25、50、75、100、125、150 MPa)和热处理温度(分别为1 250、1 300、1 350、1 400、1 450、1 500、1 550℃)对合成材料的物相组成、显微结构、体积密度、显气孔率、荷重软化温度的影响。结果表明:1)以50 MPa压力成型的试样在1 450℃保温4 h热处理后显气孔率最小,以100、125和150 MPa成型的试样在1 450℃保温4 h热处理后存在开裂或扭曲现象;2)1 250~1 550℃热处理后试样的主晶相均为MgAl2O4,MgAl2O4晶粒随热处理温度的升高逐渐发育完整并长大;3)随着热处理温度的升高,试样的致密度逐渐升高,但以1 400℃为转折点,致密度升高速率前高后低;4)随着热处理温度的升高,试样的荷重软化温度逐渐升高。     

刚玉骨料种类与粒度对刚玉-莫来石材料抗热震性的影响

以莫来石和电熔白刚玉或板状刚玉为骨料,氧化铝粉、氧化硅粉、红柱石粉为基质料,纸浆为结合剂,同时以≤0.15 mm(100目)的刚玉细骨料取代较粗(1～0.15 mm或0.5～0.15 mm)的刚玉骨料,制备了2个系列、不同粒度级配的刚玉-莫来石试样,并分别以抗折强度保持率和弹性模量保持率为评价指标,研究了刚玉骨料种类和粒度对刚玉-莫来石材料性能的影响。结果表明:1)分别以白刚玉和板状刚玉为骨料时,刚玉-莫来石材料热震后的弹性模量保持率与抗折强度保持率并不完全一致;2)以≤0.15 mm骨料代替较粗骨料,虽能提高材料强度,但可能会降低其抗热震性能。分析认为:刚玉-莫来石材料抗临界危险裂纹扩展能力与材料热震强度保持率一致,相对于弹性模量保持率,以强度保持率作为此类材料抗热震性的评价标准更为合适;由于板状刚玉骨料周围残余应力的存在,热震实验后以板状刚玉为骨料的刚玉-莫来石材料具有更高的抗折强度保持率。     

石墨加入量对低碳镁碳砖性能的影响

通过检测含有2%～14%石墨镁碳砖1400℃的高温抗折强度、1500℃的热膨胀系数、1000℃×2 h煅烧后的抗氧化性,比较低碳镁碳砖与传统镁砖的性能差异,研究了石墨加入量对低碳镁碳砖性能的影响。结果表明:在有2%Al存在的情况下,低碳镁碳砖高温抗折强度与石墨加入量无关;石墨加入量为6%时,可保证低碳镁碳砖具有较优良的抗剥落性及抗氧化性。     

纳米添加剂对低碳MgO-C材料高温力学性能的影响

德国研究人员在低碳MgO-C砖中分别加入不同种类的纳米添加剂,以期改善低碳MgO-C砖的高温力学性能。试验用主原料为:≤4.0 mm的电熔镁砂颗粒,其w(MgO)>97.0%;≤0.045 mm的烧结镁砂粉,其w(MgO)>95.0%;d50=0.14 mm     

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.     

加入Al粉和Si粉对低碳MgO-Al_2O_3-C材料性能的影响

以电熔镁砂、电熔镁铝尖晶石及鳞片石墨为原料,以酚醛树脂作结合剂,在MgO-A l2O3-C材料中加入A l粉和Si粉,混练后在180 MPa压力下成型,185℃12 h热处理,制成了加入4.5%质量分数A l粉、0~3.5%质量分数Si粉的AS系列试样和同时加入2%质量分数石墨的ASC系列试样,研究了试样的常温物理性能、高温抗折强度、抗热震性及其相组成和显微结构。结果表明:(1)AS系列中,仅加入4.5%A l粉试样的高温抗折强度从未加A l粉的3.0 MPa提高到22.3 MPa,热震后抗折强度保持率从60%提高到77%;再加入1.5%Si粉后,高温抗折强度提高到27.9 MPa,热震后抗折强度保持率提高到79%;(2)加入A l粉、Si粉和石墨的ASC系列试样的高温抗折强度略高于AS系列试样的,热震后抗折强度保持率在71%~75%之间;(3)这类复合材料具有良好的热态强度和抗热震性的原因为:A l粉、Si粉在埋炭加热过程中与C、N2原位生成针状A lN和SiC等非氧化物,填充、穿插在方镁石和尖晶石骨架中,起到增强、增韧的作用。     

纳米炭加入量对低碳MgO-C材料性能的影响

普通MgO-C砖存在热导率高,热损失大,对钢水增碳等问题,但降低碳含量对其抗热剥落性和抗侵蚀性不利。有研究表明,碳材料的粒度对MgO-C砖性能影响很大。为此,国外有人研究了纳米炭加入量对低碳MgO-C材料性能的影响。     

热处理温度对SiC-MgAl2O4-Al复合材料性能的影响

为提高煤气化炉用碳化硅-尖晶石复合材料的力学性能,以SiC颗粒(≤2.5 mm)、尖晶石细粉(≤90μm)、α-Al₂O₃微粉(d₅₀≈5μm)和金属Al粉(≤74μm)为主要原料,在氮气气氛中进行热处理,制备了SiC-MgAl₂O₄-Al复合材料。分析了200～1 600℃不同热处理温度对复合材料显微结构、物相组成和力学性能的影响。结果表明：1)当热处理温度大于1 000℃时,复合材料中的Al开始逐渐反应生成Al-O-C-N晶须,可显著提升材料的力学性能。2)常温和热态抗折强度随着复合材料内Al-O-C-N晶须含量的增多和尺寸的增大而提高。通过调整热处理温度可调控材料内Al-O-C-N晶须的物相组成、含量和形貌等,从而实现对复合材料物相组成与显微结构的调控,提升材料的力学性能。     

热处理温度对矿渣微晶玻璃显微结构及耐腐蚀性的影响研究

以白云鄂博二次选后尾矿和粉煤灰为主要原料,采用熔融法制备微晶玻璃材料。通过DTA、XRD、SEM测试手段研究了热处理温度对微晶玻璃的显微结构及耐腐蚀性能的影响。研究表明:显微结构是影响微晶玻璃耐酸碱性能的主要因素。在860℃进行热处理时,普通辉石相细小晶粒均匀分布于基体玻璃中,耐酸碱性能最优,其中耐酸性99.8%,耐碱性99.7%,随着热处理温度的升高,微晶玻璃材料的耐酸碱性能均有一定提高,并且耐酸性高于耐碱性;均高于铸石制品,是良好的工业耐腐蚀材料。     

膨胀石墨对MgO-C耐火材料性能的影响

含石墨的MgO-C耐火材料具有优异的抗渣性和抗热震性,是炼钢工业最重要的耐火材料。然而,较高的石墨或碳含量会导致MgO-C耐火材料的高温强度降低,耐火衬的热导率增加。因此,需要减少碳含量且不降低抗热震性。印度的研究人员利用膨胀石墨代替鳞片石墨,并研究了MgO-C材料的性能。试验基础配比(w)为:粗、中颗粒的高纯电熔镁砂65%,镁砂细粉28%,鳞片石墨5%,Al粉1%,B4C粉1%,外加热塑性酚醛树脂4%。以质量分数分别为0.2%、0.5%、0.8%的     

β-SiAlON对MgO-C材料性能的影响

以电熔镁砂颗粒(5～3 min、3～1 mm、≤1 mm)、电熔镁砂细粉(≤0.088 mm)、鳞片石墨(≤0.15 mm)、矾土基β-SiAlON细粉(≤0.088 mm,气孔率28%,Z=2)为主要原料,配制成ω(鳞片石墨) ω(矾土基β-SiAlON细粉)分别为12% 0、4% 6%、4% 9%和4% 12%的4组配料,采用酚醛树脂作结合剂,以180 MPa压力成型.经185℃10 h固化后,按相关标准检测了试样的体积密度、显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度、高温抗折强度、抗热震性、抗氧化性和抗渣性.结果表明:随着试样中ω(鳞片石墨) ω(矾土基β-SiAlON细粉)按12% 0、4% 6%、4% 9%、4% 12%的顺序变化,试样的显气孔率有所上升,体积密度略有降低;试样的常温耐压强度、常温抗折强度、1 400℃高温抗折强度、抗热震性和抗氧化性均有不同程度的提高;抗渣侵蚀性以ω(鳞片石墨) ω(矾土基β-SiAlON细粉)为4% 6%的试样略高,其他试样则有所降低.     

添加CaAl4O7-MgAl2O4对低碳镁碳砖抗热震性的影响

在以93％(w)镁砂、3％(w)铝粉、4％(w)石墨、外加4％(w)酚醛树脂为基础配方的低碳镁碳砖组成中,采用CaAl4O7-MgAl2O4复合材料为添加剂等量取代镁砂,研究其加入量(其质量分数分别为2％、4％、6％、8％)对低碳镁碳砖抗热震性的影响.结果表明:随着添加剂加入量的增大,低碳镁碳砖的热膨胀系数、弹性模量(E)及高温抗折强度(Re)基本上均呈下降趋势,而抗热震性Re/E指数增大.因此,添加CaAl4O7-MgAl2O4有利于提高低碳镁碳砖抗热震性;但添加过量时,对抗热震性不利,以添加6％(w)为宜.     

不同Z值β-SiAlON的显微结构与力学性能

在1773 K、埋Si3N4粉气氛下,以Si、Al和Al2O3(均为分析纯)为原料合成了Z值分别为0.6、1.3、3.0和4.0的β-SiAlON.试验发现:随着所合成β-SiAlON的Z值从0.6增加至4.0,反应产物中逐渐有Al2O3剩余并生成15R(SiAl4O2N4),而且β-SiAlON的晶体形貌也有较大变化:Z=0.6～3.0时,β-SiAlON由细小晶须伴生转变为具有较大直径和长径比的六方柱状晶交织,且具有较完整的晶体结构,随着Z值的增加,材料的耐压强度和抗折强度同时提高;Z=4.0时,晶体形貌则是片状和具有较大长径比的长片状晶相互交错,和Z=3.0相比,材料的耐压和抗折强度有所下降,这主要取决于不同Z值β-SiAlON的不同晶体形貌及断裂方式.     

氧化铝微粉加入量对低碳镁碳砖性能的影响

以电熔镁砂、石墨、金属Al和氧化铝微粉为主要原料,热塑性酚醛树脂为结合剂,制备了w(C)5%的低碳镁碳砖试样,研究了氧化铝微粉加入量(其质量分数分别为0、3%、5%、7%、9%)对低碳镁碳砖的常温物理性能、抗热震性和抗氧化性的影响。结果表明:(1)随着氧化铝微粉加入量的增加,低碳镁碳砖试样的体积密度、常温强度和高温强度均先升高后降低,显气孔率则先降低后升高;抗热震性和抗氧化性随微粉加入量的增加呈先改善后变差的趋势;其中,微粉加入量为5%的低碳镁碳试样综合性能最好。(2)低碳镁碳砖试样性能的改善主要是由于加入的氧化铝微粉和MgO在高温下原位反应生成连续分布的尖晶石,增强了基质的陶瓷结合;但氧化铝微粉加入量过大时,由于大量原位反应引起材料产生过大的体积膨胀,会导致基质结构疏松,从而恶化镁碳砖的性能。     

锆英石加入量对莫来石-刚玉材料性能的影响

以板状刚玉、电熔莫来石、Al2O3粉、硅线石和粘土为原料,制备了莫来石-刚玉高温窑具,并研究了锆英石加入量对其力学性能和抗热震性能的影响.试验结果表明,随着锆英石细粉的增加,抗折强度有所下降,抗热震性能有较大改善,当锆英石细粉加入量为12%时,获得较好的热震性能.同时还发现随着烧成温度的升高,试样热震性能出现下降.     

还原气氛对水泥熟料矿物组成及显微结构的影响

通过化学全分析、XRD和岩相分析等试验手段，探讨了烧成气氛对水泥熟料的化学成分、矿物组成和显微结构的影响。研究结果表明：在还原气氛下烧成的熟料中，Fe^3＋被还原成Fe^2＋，阿利特发生较严重的分解，形成二次贝利特和fCaO，C3A含量相应增加，同时导致A矿晶体尺寸偏小，晶形发育不良。与氧化气氛烧成熟料相比，还原气氛下烧成的熟料中FeO的含量增加1．60％，fCaO增加了1．71％；Bogue法计算的矿物组成和XRD分析结果显示，C3S、CAF含量降低，C2S、C3A含量明显增加。还原气氛烧成的熟料在水化初期放热迅速，前14h的放热总量明显大于正常煅烧熟料，但14h后水化放热量却明显低于正常烧成的熟料。还原气氛烧成的熟料颜色发黄，强度偏低，易磨性差，凝结时间较短。     

炭黑种类对低碳铝碳材料显微结构和力学性能的影响

以板状刚玉和活性氧化铝微粉为主要原料、4种不同种类的炭黑(N220,N330,N774,N990)为碳源、单质硅粉为添加剂,在埋焦炭条件下经800、1 000、1 200和1 400℃处理制备出低碳Al2O3-C耐火材料。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜,分别测定了材料的物相组成,观察了材料的显微结构,并借助于压汞仪检测了试样的孔径分布。采用三点弯曲法研究了材料的力学性能和断裂行为,采用水淬冷法研究了材料的抗热震性。结果表明:炭黑种类影响材料的显微结构与力学性能。试样内添加大粒径的炭黑时更有利于形成长径比大的碳化硅晶须,从而提高材料的力学性能。添加大粒径炭黑N990的试样经1 400℃处理后,其抗折强度较添加小粒径炭黑N220试样的抗折强度高出56%;小粒径炭黑有利于提高材料热震稳定性,其中,N330试样热震后的抗折强度保持率可达到62.99%,而N990试样的仅为37.4%。铝碳材料试样内碳化硅相呈粒状与晶须状,前者具有核壳结构,为炭黑颗粒与含硅物质反应形成,后者主要通过气相反应成核--生长机制形成。     

二氧化锰加入量对含铝MgO-C砖高温抗折强度和显微结构的影响

以97电熔镁砂和95鳞片状石墨为主要原料,添加金属铝粉和硅粉,以酚醛树脂为结合剂,制备了含铝镁碳砖,研究了二氧化锰加入量对试样高温抗折强度的影响,并借助X-射线衍射仪,扫描电镜等对试样物相和显微结构进行检测.结果表明:试样高温抗折强度在MnO2加入量0.5％时和未加入时相等,随着二氧化锰加入量的增大,试样高温抗折强度减小;在试样中加入二氧化锰,由于二氧化锰分解释放出氧气,抑制了铝粉的碳化和氮化,而直接氧化为氧化铝,部分转化为镁铝(锰铝)复合尖晶石,体积膨胀,结构致密;部分和基质中氧化钙、二氧化硅等杂质生成了低熔物,也促进了结构的致密化;但是随着二氧化锰量的增大,释放氧气过多,部分石墨被氧化,气孔率增大,并且生成的液相量增加,又使得试样高温抗折强度减小.