AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀机理研究

不锈钢生产主要采用氩氧精炼(AOD)炉冶炼工艺,本文探究AOD炉渣对钢包内衬用MgO-C砖的侵蚀机理,为提高钢包内衬用MgO-C砖的使用性能和服役寿命提供理论支撑。结合FactSage6.2软件、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)等测试手段分析炉渣侵蚀后MgO-C砖的物相变化、显微结构和化学成分变化。结果表明,随着侵蚀反应的进行,方镁石逐渐被熔蚀,且逐步出现Ca₃MgSi₂O₈等低熔点物相,以及MgAl₂O₄等高熔点物相。AOD炉渣通过基质部分侵蚀渗透MgO-C砖,并与方镁石反应生成Ca₃MgSi₂O₈等低熔点物相,熔蚀方镁石;同时,方镁石边界处生成MgAl₂O₄,阻碍AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀渗透。     

不锈钢冶炼用铁水包Al2O3-SiC-C内衬砖的性能与侵蚀机理

铁水包内衬材料长期服役于间隔周期较长的高、低温交替环境,极易发生剥落与侵蚀损毁。为了探索影响铁水包内衬材料使用寿命的主要因素,对市面上四种铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的化学成分、物相组成、物理性能和微观结构进行了分析,并以高炉渣为侵蚀介质,重点研究了不锈钢冶炼用铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的侵蚀机理。结果表明:铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖中Al₂O₃含量越高,高温下制品的液相量越低,越有利于提高耐火砖的高温力学性能;随着含碳量的增加,铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的抗渣性得到明显改善,但抗氧化性及高温抗折强度呈下降趋势;高炉渣中CaO、MgO向耐火砖中渗透,与耐火砖中的Al₂O₃、SiO₂发生反应形成高熔点的镁铝尖晶石及低熔点的钙长石等,生成的低熔相会加剧耐火砖的侵蚀。     

HIsmelt工艺熔融还原炉用耐火材料的抗侵蚀性研究

为促进HIsmelt工艺的进一步发展和应用，根据HIsmelt工艺熔融还原炉(SRV)的特点，利用静态坩埚法对比研究了SRV渣在1 500℃下对铬刚玉砖、微孔刚玉-莫来石砖、刚玉-莫来石砖、刚玉-尖晶石砖的侵蚀。结果表明：1)铬刚玉砖抗SRV渣渗透侵蚀能力最强，因为FeO与铬刚玉砖中的Al₂O₃和Cr₂O₃反应生成高熔点物，抑制炉渣的渗透和侵蚀。2)微孔刚玉-莫来石砖中镁铝尖晶石与钙铝黄长石的生成在侵蚀层形成保护层，阻止SRV渣的渗透侵蚀，在3种无铬材料中，表现出最优的抗侵蚀性。3)刚玉-莫来石砖中由于大量钙长石的形成产生的缝隙造成渣的不断渗入，使得熔渣对砖的侵蚀较严重。4)刚玉-尖晶石砖中原位生成粒径小、活性高的尖晶石晶粒，能有效吸收熔渣中的铁离子形成镁铝铁复合尖晶石，阻挡SRV渣的侵蚀。     

Al2O3-MgAl2O4复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响

为研究Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响,在基质中添加与不添加尖晶石细粉的2种情况下,分别以板状刚玉骨料和Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料制备了刚玉-尖晶石浇注料。先利用FactSage反应热力学软件计算了1 600℃时板状刚玉和Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料与熔渣之间的反应热力学,并采用浸泡法研究了2种骨料的抗渣性能,再采用静态坩埚法研究了2种骨料对浇注料抗渣性能的影响。结果表明：与板状刚玉骨料相比,Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料侵蚀层中的裂纹细而少,遭受熔渣侵蚀后不易剥落,其过渡层中既有CA₆相也有尖晶石相,而且尖晶石相中固溶有Fe、Mn元素,该骨料不仅通过形成CA     

刚玉–Ti2O3共存物相在氧化气氛下的相变与形貌演变

刚玉-Ti₂O₃共存物相是通过调整低钛铁的冶炼工艺得到的一种冶金副产品，其中Al₂O₃和Ti₂O₃两相独立存在，可以作为耐火材料原料使用。通过热重–差热结合热力学分析得知原料中的Ti₂O₃在700℃左右开始氧化反应，Al₂O₃和TiO₂在1 263℃左右开始反应，将原料在不同温度空气气氛下保温3 h烧成，由XRD结合SEM结果可知在800℃左右Ti₂O₃完成氧化反应，在1 300℃受钛酸铝分解反应的影响，只有部分TiO₂和Al₂O₃在刚玉交界处反应生成片状Al₂Ti O₅。随着烧成温度升高至1 400℃和1 500℃，Al₂O₃和TiO₂     

水泥结合铬刚玉浇注料抗危废炉渣侵蚀行为研究

铬刚玉浇注料是重要的危废焚烧炉炉衬材料之一,但危废来源广泛,成分复杂,导致炉渣的成分存在差异,从而影响炉衬的使用寿命。本文以铝酸钙水泥结合铬刚玉浇注料为研究对象,选取了富含CaO、Fe₂O₃和SiO₂的三种典型危废炉渣,研究了上述危废炉渣对铬刚玉浇注料烧成前后的侵蚀/渗透行为和Cr(Ⅵ)形成的影响。结果表明,材料的抗渣侵蚀和渗透性能与渣的黏度、渣与材料的界面反应以及材料的孔隙结构有关。就渗透性而言,高SiO₂渣和高Fe₂O₃渣与材料界面反应后形成了低熔点的霞石等物相,促进了渣渗透;高CaO渣与材料反应后形成了高熔点的六铝酸钙等物相,减缓了渣渗透,造成渣渗透深度顺序为高SiO₂渣>高Fe₂O₃渣>高CaO渣。相比之下,将材料进行烧成处理可以显著降低基质中CaO的反应活性,而且可以实现微孔化,渣的渗透行为受到抑制,尤其是高SiO₂渣的渗透显著降低。静态坩埚抗渣侵蚀性与渣液的渗透行为有关,由于渣的显著渗透行为,反而降低了渣的侵蚀指数。高CaO渣与试样反应后渣液黏度上升,且生成高熔点的铝酸钙相减缓渣液渗透,渣作用在材料界面时间增长,导致高CaO渣的侵蚀指数略高。     

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。     

Li(NixCoyMnz)O2正极材料对溶胶-凝胶法制备KAlSi2O6的侵蚀研究

将不加和添加CaF₂的KAlSi₂O₆(KAS₄)溶胶于800～1 300℃煅烧得到的KAS₄以及原料CaF₂粉，分别与Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂(LNCM)按照质量比70∶30混合均匀，然后在1 100℃保温6 h进行侵蚀试验。对比分析了不加和添加CaF₂的KAS₄的物相组成以及侵蚀试验后几种材料的物相组成和显微结构。结果表明：1)添加1.88%(w)CaF₂可以使KAS₄纯相的生成温度下降约100℃;2)不加CaF₂的KAS₄比添加CaF₂的具有更好的抗LNCM侵蚀性能；3)CaF₂与LNCM在高温下容易发生反应。     

WC/TiO2纳米复合材料晶相形成机理及电催化性能

以金红石相纳米TiO₂为载体,偏钨酸铵为钨源,采用表面修饰技术制备了纳米复合材料的前体,将前体在甲烷/氢气气氛下还原碳化并采用XRD对其进行表征,研究了还原碳化温度、时间对纳米复合材料晶相组成的影响,并探讨了WC/TiO₂纳米复合材料的形成机理。通过扫描电子显微镜、热重-差热分析等手段对WC/TiO₂纳米复合材料的形态结构和热稳定性进行了表征。采用循环伏安法研究了纳米复合材料物相组成与电催化性能之间的关系,结果表明由WC和TiO₂两相组成的WC/TiO₂纳米复合材料对对硝基苯酚电还原反应的电催化性能最佳。     

玻璃窑炉用新型氧化锆基复合材料性能研究

为了给玻璃窑熔池提供一种综合性能优良的材料，按m(ZrO₂)∶m(Al₂O₃)=4∶1将ZrO₂粉和Al₂O₃粉充分混合后在电弧炉内熔融，再将得到的电熔氧化锆-刚玉共晶料加工成不同粒度，随后按一定的颗粒级配配料并混合均匀，压制成型后在1 750℃下烧结，制备了新型氧化锆基复合材料，分析了物相组成和显微结构等性能，并与33^#锆刚玉砖和41^#锆刚玉砖进行了抗玻璃液侵蚀性对比。结果表明：新型氧化锆基复合材料结构致密，且化学纯度高、组分无低熔点物，具有良好的抗热震性。与33^#锆刚玉砖和41^#锆刚玉砖相比，新型氧化锆基复合材料被高温玻璃液侵蚀后未见孔洞，无针状气孔及缺陷，无液相渗入，与玻璃液没有发生反应，具有良好的抗玻璃液侵蚀性能。     

SCR脱硝中催化剂表面NH4HSO4生成及分解的原位红外研究

采用工业用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,基于傅里叶原位红外光谱(in situ FT-IR)技术考察了SCR脱硝过程中催化剂表面NH₄HSO₄的生成与分解特性。结果表明:在V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂表面ABS的生成可由催化剂V═O基团上Lewis酸上配位吸附活化态的NH₃在O₂环境中与SO₂反应生成,也可由SO₂与催化剂表面反应生成的吸附态金属硫酸盐中间物VOSO₄与气态NH₃直接反应生成;NO能通过与NH₄HSO₄中的NH₄⁺直接反应来降低NH₄HSO₄降解的温度窗口,促进其在催化剂表面的分解行为,NO的脱除与NH₄HSO₄的生成是相互抑制关系;NH₄HSO₄本身的负载量影响其分解与挥发行为。     

AOD炉渣对镁钙质耐火材料的侵蚀机理

采用静态坩埚法将AOD炉渣线区镁钙砖在1 700℃空气气氛下高温热处理3 h后进行抗渣试验。结合XRD、SEM、EDS等测试手段，分析了AOD炉两个阶段炉渣对渣线区镁钙砖的侵蚀机理。结果表明：低碱度的氧化期炉渣对镁钙砖侵蚀明显，炉渣在表面张力和毛细管力作用下，进入镁钙砖内部与CaO反应生成低熔点的铁酸二钙2CaO·Fe₂O₃(C₂F),促进砖中CaO溶解，破坏了原有的致密结构，使反应层结构变得疏松、易剥落；镁钙砖中方镁石晶簇吸收液态渣中的铁、铬、锰氧化物，并在其晶内和晶间形成复合尖晶石结构，从而提高镁钙砖表面渣的黏度，减缓渣的侵蚀；还原期炉渣碱度较高，对镁钙砖的侵蚀作用较弱，主要表现为SiO₂向砖内侵蚀渗透，以及体积效应和温度梯度导致镁钙砖表面小尺寸方镁石晶簇向渣中剥落。     

熔盐辅助碳诱导Ti3AlC2分解制备碳化钛纳米片

二维过渡金属碳化物因其独特的性质而成为极具吸引力的纳米材料。以炭黑和Ti₃AlC₂粉体为原料,以期通过在熔盐环境下实现碳还原Ti₃AlC₂合成碳化钛（TiC）纳米片。研究结果表明,炭黑可以诱导Ti₃AlC₂分解,随着加热温度的升高,Ti₃AlC₂的分解程度逐渐加剧。Ti₃AlC₂在低温（1 000~1 100 ℃）下可以严重分解为Al、Ti、Ti_2.9Al_2.1和TiC,Al和Ti可与微量氧反应生成少量的TiO₂和Al₂O₃,生成的TiC为纳米颗粒,而引入熔盐是确保TiC纳米片形成的必要条件。通过优化制备工艺得到合成高含量TiC纳米片的适宜条件：炭黑与Ti₃AlC₂物质的量比为1.05∶1,氯化钠与氯化钾的质量比为1∶1,盐的总质量与炭黑和Ti₃AlC₂混合物的质量比为2∶1;氩气保护,1 000 ℃保温2 h。通过熔盐热处理得到以TiC为主并含有少量Al₂O₃的试样。产物中TiC的形貌为细小的纳米片,厚度约为10 nm、长度约为170 nm。     

TiO2与SiO2掺杂对Al2O3相转变的研究

通过球磨混合法,制备TiO₂、SiO₂和TiO₂+SiO₂掺杂的Al₂O₃粉体,经不同温度煅烧后进行X射线衍射(XRD)测试,比较研究这三种掺杂对Al₂O₃粉体相转变温度的影响。研究结果表明,TiO₂、SiO₂掺杂对γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃的相转变均有促进作用。在掺杂质量分数为0.5%的情况下,二者可分别使γ-Al₂O₃完全转变为α-Al₂O₃的温度降低100 ℃和125 ℃。而TiO₂+SiO₂复合掺杂对γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃相转变的促进作用优于TiO₂、SiO₂单独掺杂。TiO₂、SiO₂的质量分数均为0.3%时,复合掺杂可使γ-Al₂O₃完全转变为α-Al₂O₃的温度降低150 ℃。此外,还对TiO₂、SiO₂和TiO₂+SiO₂掺杂促进Al₂O₃粉体相转变的机理作了简单分析。     

不同金属氧化物对重质生物油再裂解的比较性研究

通过TG-FTIR、GC/MS和XRD等分析手段,研究了Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO和TiO₂四种金属氧化物催化下重质生物油的热解特性及产物差异。结果表明：应用上述四种催化剂的再裂解实验均促进了重质生物油的脱氧,其中CaO催化下脱氧效果最好,Al₂O₃能够有效降低反应温度,Fe₂O₃有效促进了重质生物油成炭前的解聚、固相产物质量降幅达21.23%,TiO₂对CO₂的生成有最明显的抑制效果、同时可以降低反应结束温度;在低温下,除CaO外的三种催化剂均对有效产物的生成有促进作用,但对不同种类的物质各有侧重,而CaO则会使反应所需温度升高且对愈创木酚的富集有很强的选择性;在中温下,CaO和TiO₂表现出较好的催化效果。上述催化热解过程有效促进了酚类的富集,效果最好的是Al₂O₃,酚类相对含量增幅达31.10%。除Fe₂O₃外的三种金属氧化物均降低了生物炭的有序度,添加CaO制备的生物炭具有最无序的炭结构和最高的固相产率。     

添加Y2O3对CaO-MgO-SiO2体系中CMS的影响

为了提高镁质耐火材料的高温性能,以分析纯化学试剂MgO、CaO、SiO₂、Y₂O₃等为主要原料,研究了添加Y₂O₃对CaO-MgO-SiO₂体系中钙镁橄榄石(CMS)的生成和转化的影响,以及转化生成物Ca₄Y₆O(SiO₄)₆的耐火度。结果表明：1)Y₂O₃的添加不仅能够显著减少CaO-MgO-SiO₂体系中低熔点相CMS的生成量,而且能够从CMS中捕获CaO和SiO₂使CMS转化为高熔点相Ca₄Y₆O(SiO₄)₆、MgO和Y₂Si₂O₇,有利于提高镁质材料的高温性能。2)Ca₄Y₆O(...     

CaTiO3添加对MgNb2O6微波介质陶瓷性能的影响

为了更好的满足无线通讯高频化的要求,采用固相法制备了温度系数近零的(1–x)Mg Nb₂O₆–xCaTiO₃(x=0,0.02,0.04,0.08,0.12,0.16)微波介质陶瓷。研究了CaTiO₃的加入量对MgNb₂O₆微观结构和介电性能的影响,探究各物相的形成和烧结行为。结果表明：适当的CaTiO₃加入量能够促进MgNb₂O₆的烧结,降低了烧结温度。通过X射线衍射分析,CaTiO₃与MgNb₂O₆在高温时会反应生成CaNb₂O₆和Ti₈O₁₅、Ti₂Nb₁₀O₂₉。增加CaTiO₃的加入量,会降低陶瓷的品质因数Q×f,但同时会提高其介电常数ε     

窑法磷酸中磷酸钙对P2O5反吸过程

窑法磷酸生产中,气体产物P₂O₅与磷矿发生副反应（俗称P₂O₅反吸）生成大量低熔点物料,导致窑内结圈堵料,造成生产装置不能稳定运行。以磷酸钙与P₂O₅的反应为研究对象,采用化学分析与SEM、XRD、IR、Raman、TG及DSC等表征手段对不同温度下该反应产物的P₂O₅含量、形貌、物相组成、结构及热稳定性能等进行研究,探讨磷矿对P₂O₅的反吸行为。研究表明,反吸过程与反应温度密切相关,磷酸钙与P₂O₅在500℃以上发生反应,在500～900℃时,磷酸钙与P₂O₅反应生成偏磷酸钙,900℃反吸产物几乎为纯偏磷酸钙;在1000～1300℃时,反吸产物偏磷酸钙分解为稳定的焦磷酸钙,同时释放出P₂O₅气体,1300℃时反吸产物几乎为纯焦磷酸钙。     

不同物相TiO2对H2O2/O3氧化效能的影响

研究了不同物相TiO₂对H₂O₂/O₃氧化效能的影响,目标有机物为羟基自由基探针化合物乙酸。结果表明,在初始pH为7.0和10.0时,加入TiO₂反而降低了H₂O₂/O₃的氧化效率,其中锐钛矿TiO₂比金红石TiO₂的减弱作用更为明显。当初始pH为3.0时,金红石TiO₂能显著提高H₂O₂/O₃的氧化效率,但锐钛矿TiO₂影响不明显。机理分析表明,H₂O₂浓度及其衰减速率与乙酸的去除效率有很大的相关性。在pH为7.0和10.0时,两种物相TiO₂均能加快H₂O₂的分解,其中锐钛矿TiO₂作用更为显著。此条件下HO₂^-能有效引发臭氧分解产生羟基自由基,故H₂O₂过快分解反而降低了乙酸的去除效果。在pH为3.0时,H₂O₂去质子化反应困难,故O₃/H₂O₂氧化效率极低,H₂O₂浓度也几乎不变。加入TiO₂能明显提高H₂O₂的分解速率,相比金红石TiO₂,锐钛矿TiO₂使H₂O₂在5 min内基本分解完毕,但其对H₂O₂/O₃氧化效率几乎没有影响。饱和臭氧水分解速度的批处理实验也有相似的结果。由此可见,合适引发剂浓度可能是保证臭氧类高级氧化技术较高效率的关键,否则只会导致氧化剂的无效过快分解。利用氯化硝基四氮唑蓝法对比分析了酸性条件下H₂O₂/O₃、锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃和金红石TiO₂/H₂O₂/O₃体系产生超氧自由基(·O₂^-)的量,其大小顺序为:H₂O₂/O₃< 金红石TiO₂/H₂O₂/O₃< 锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃,这与前面结果吻合很好。     

干压成型-固相反应法制备MgAl2O4多孔陶瓷

为了解决固相烧结法制备MgAl₂O₄多孔陶瓷过程中体积膨胀导致性能下降的问题，以d₅₀=1.1μm的Al₂O₃和d₅₀=1.5μm的MgO为主要原料，d₅₀=1.5μm的TiO₂为外加剂，用干压成型-固相反应法制备MgAl₂O₄多孔陶瓷。研究了热处理温度(1 300、1 350、1 400、1 450、1 500℃)和TiO₂外加量(质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对多孔陶瓷烧后线变化率、显气孔率、体积密度、物相组成和显微结构的影响。结果表明：1)随着热处理温度的升高，MgAl₂O₄多孔陶瓷的致密化程度提高，体积密度增大，显气孔率降低；2)随着TiO₂外加量的增加，MgAl₂O₄多孔陶瓷的烧后线收缩率增大，显气孔率...