纯铝酸钙水泥对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉、电熔尖晶石、Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥(Secar71)为基质,研究了纯铝酸钙水泥加入量对刚玉-尖晶石浇注料常温性能、高温强度和抗热震性能的影响.用X射线衍射仪分析了材料的物相组成.结果表明: 随纯铝酸钙水泥加入的增加,烧后试样的抗折强度先增加后降低.1600 ℃烧后试样的热态强度在600～1000 ℃时变化不大,1000 ℃后快速下降.随纯铝酸钙水泥含量的增加,热震后试样的残余抗折强度和残余抗折强度保持率增加,抗热震性有所改善;纯铝酸钙水泥对浇注料的性能有显著的影响,主要与水泥中的CaO与Al2O3之间的反应产物有关.     

尖晶石加入量、水泥种类对刚玉-尖晶石浇注料高温抗折强度的影响

以板状刚玉、烧结尖晶石、氧化铝微粉和铝酸钙水泥为主要原料制备了铝酸钙水泥结合刚玉-尖晶石浇注料,研究了镁铝尖晶石加入量(质量分数分别为4%、7%、9%、11%、13%和15%)、铝酸钙水泥的类型(CA-270、CA-25R、CA-14M和Secar 71)对刚玉-尖晶石浇注料高温抗折强度的影响。结果表明:刚玉-尖晶石浇注料具有良好的高温抗折强度,试样的高温抗折强度受CA6高温结合相生成量、Al2O3固溶尖晶石的作用和原料带入的杂质高温下产生玻璃相共同作用的影响。在1 500~1 600℃范围内试样的高温抗折强度随着温度的升高而降低;在相同温度条件下,试样的高温抗折强度在尖晶石加入量为15%(w)时表现最好;不同种类水泥对试样高温抗折强度的影响主要表现为对高温结合物相CA6生成量的影响,同时水泥的细度和杂质含量对强度有明显影响,水泥越细,杂质越少,高温抗折强度越大。     

烧结尖晶石细粉加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为了改善刚玉-尖晶石浇注料的高温性能,以质量分数分别为10%的15~8 mm的白刚玉、58%的≤8 mm的白刚玉、5%的≤0.08 mm的白刚玉、14%的≤0.045 mm的白刚玉、9%的α-Al2O3微粉、4%的水泥制备了刚玉-尖晶石浇注料。在固定以5%(w)的≤0.048 mm的烧结尖晶石等量替代≤0.045 mm的白刚玉基础上,研究≤0.038 mm的烧结尖晶石等量替代≤0.045 mm的白刚玉的加入量(质量分数分别为1%、3%、5%和7%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:烧结尖晶石细粉的添加可以改善材料的高温抗折强度和抗热震性能,并且在≤0.038 mm的烧结尖晶石细粉加入量为5%(w)时,试样的高温抗折强度最高,抗热震性最好。分析认为,刚玉在烧结尖晶石细粉中的固溶作用,对试样的高温性能影响较大。     

三种微细粉加入量对刚玉-尖晶石质透气座砖性能的影响

以板状刚玉(10~5、5~3、3~1、≤1 mm)为骨料,板状刚玉细粉、工业氧化铬细粉、铝镁尖晶石细粉、活性α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥作为粉料,配以复合添加剂制备了刚玉-尖晶石质透气座砖。以MA细粉、α-Al2O3微粉、CA-70水泥加入量三因素进行正交设计,每因素各选取3个水平,分析各因素对试样体积密度、显气孔率、线变化、抗折强度、耐压强度和抗热震性的影响。结果表明:纯铝酸钙水泥为主要影响因素;重点考虑烧后强度的最优试验方案为A2B2C1,即尖晶石粉、α-Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥的最佳加入量(w)为9%、9%和3%。     

纳米CaCO_3对刚玉基浇注料强度及显微结构的影响

以电熔白刚玉颗粒及细粉、α-Al2O3微粉、水合氧化铝、纳米CaCO3或铝酸钙水泥为原料,研究了纳米CaCO3加入量对刚玉基浇注料矿相、强度和显微结构的影响,并与相同CaO含量的含铝酸钙水泥的浇注料进行了对比.结果表明:处理温度高于900℃时,含纳米CaCO3和含铝酸钙水泥的2种混合物的矿相相同,但新矿相的生成机理、形态及其分布状态不同;随处理温度的升高,水泥水化物脱水并且在其内部发生反应,生成铝酸钙系矿物,直到其自身Al2O3含量不足时(温度>1400℃后)才开始和周围的Al2O3反应,生成的CA6呈簇团状分布在浇注料中.纳米CaCO3在刚玉基浇注料中的变化过程为:800℃烧后纳米CaCO3分解成CaO,并与Al2O3反应生成无定形铝酸钙,产生原位结合;随温度升高,铝酸钙逐渐和更多的Al2O3反应,直到1600 ℃后完全生成板状CA6,并均匀分布在浇注料中.与铝酸钙水泥相比,由于纳米CaCO3粒度小,分散均匀度高且和Al2O3的反应机理不同,因而含纳米CaCO3的刚玉基浇注料具有较高的冷态和热态抗折强度,在800～1100℃之间更为显著.     

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.     

尖晶石种类和添加量对刚玉质透气座砖性能的影响

在以板状刚玉颗粒(10~5、5~3、3~1、≤1 mm)、板状刚玉细粉(≤0.074 mm)、氧化铝微粉、铝酸钙水泥等为原料,按骨料与基质质量比为70:30制备的纯刚玉质浇注料的基础上,分别采用w(Al2O3)≈88%的电熔富铝尖晶石细粉和w(Al2O3)≈72%的常规组成尖晶石细粉分别按3%、6%、9%的质量分数替代基础配方中的板状刚玉细粉制备了刚玉-尖晶石质浇注料,经110℃24 h、1 000℃3 h和1 650℃3 h处理后,研究了两种尖晶石细粉的添加量对浇注料常温物理性能、抗热震性和抗渣性能的影响。结果表明:1)随着富铝尖晶石细粉添加量的增加,110℃24 h和1 000℃3 h处理后试样的抗折强度和耐压强度均下降;添加常规组成尖晶石细粉的试样在相同温度下处理后抗折强度变化幅度不大,而耐压强度先略微上升后降低。2)随着两种尖晶石添加量的增加,1 650℃3 h处理后试样的体积密度先降低后上升,而线变化率先上升后下降。3)当两种尖晶石添加量(w)从3%增加至6%时试样经1 100℃水冷热震3次后的强度保持率增加幅度明显增大;试样的抗渣性随两种尖晶石添加量的增加均逐步改善。4)以富铝尖晶石添加量为9%(w)的配方制备的刚玉-尖晶石质透气座砖在国内某钢厂150 t钢包中使用,寿命较纯刚玉质的提高7~8炉,较添加常规组成尖晶石的提高4~5炉。     

ZrO_2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉颗粒(6～3、3～1和≤1 mm)为骨料,电熔白刚玉粉(≤0.088和≤0.044 mm)、电熔尖晶石细粉(≤0.044mm)、α-Al2O3微粉(≤5μm,d50=1.2μm)、纯铝酸钙水泥、单斜氧化锆(≤15μm,d50=6.2 μm)为基质,按骨料与基质质量比为70:30配料,基质中纯铝酸钙水泥的加入量(质量分数,下同)为3%、α-Al2O3微粉为6%、电熔尖晶石细粉为10%,用单斜氧化锆等量替代电熔白刚玉细粉,其加入量分别为0、2%、4%、6%和8%,加水混匀后振动浇注成25 mm×25 mm×125 mm的试样,于室温下养护24 h后脱模,经110℃24 h烘干后,分别经1 100、1 500、1 600℃热处理3 h.对各温度热处理后试样进行了常温物理性能、热态抗折强度、抗热震性能检测,并利用SEM对部分试样于1 400℃高温抗折强度试验后的断口形貌进行了分析.结果表明:(1)随ZrO2加入量的增加.刚玉-尖晶石浇注料于1 500和1 600℃处理后的常温抗折强度降低,显气孔率升高,故ZrO2的加入对材料的烧结性略有负面影响.(2)随zrO2加入量的增加,1 600℃处理后试样的热态抗折强度下降,但热态抗折强度在1 000℃以前变化较小,1 000℃以后明显降低.(3)ZrO2的加入改善了试样的抗热震性能,其质量分数为2%时,1 100℃水冷1次和3次后的强度保持率和残余强度最大.(4)本试验范围内ZrO2的最佳加入量为2%.     

铝酸钙水泥对刚玉基浇注料性能的影响

以电熔白刚玉颗粒及细粉为主要原料,α-Al2O3微粉、铝酸钙水泥以及Alphabond300为结合系统,研究了铝酸钙水泥加入量(质量分数分别为0、0.75%、2.25%和3.75%)对刚玉基浇注料性能的影响。结果表明:1)水泥的加入使浇注料基质的粘度增大,浇注料的流动性降低。2)随着水泥加入量的增加,110℃以及800℃处理后的冷、热态抗折强度均逐渐提高;1 100℃、1 400℃和1 600℃烧后的冷、热态强度均先降低后升高,其中水泥加入量(质量分数,下同)为0.75%时值最小。3)随着水泥含量的增加,浇注料抗热震性提高。4)少量水泥的加入使浇注料的抗渣性能降低,进一步增加水泥加入量,浇注料的抗渣性能逐步改善;在本试验范围内,水泥加入量为3.75%的浇注料和不含水泥的浇注料抗渣性能基本相当。     

原位结合相对刚玉-尖晶石浇注料结构与性能的影响EI北大核心CSCD

以板状刚玉、电熔镁铝尖晶石、活性α-Al_2O_3微粉等为主要原料、铝酸钙水泥为结合剂,制备刚玉尖晶石浇注料。利用X射线衍射和扫描电子显微镜等研究了不同热处理温度下材料显微结构演化及对其性能的影响。结果表明:1 100℃烧成后,试样中尖晶石与氧化铝的固溶反应及八面体形貌原位尖晶石的生成使得试样有较高的中温力学性能。板片状形貌的六铝酸钙(CA6)的生成提高了1 600℃烧后试样的综合性能,试样的高温抗折强度提高近219%,达到24.18 MPa;3次热震后试样的常温抗压强度损失为15.5 MPa,强度保持率提升近14%,达到84.50%。板片状CA6的生成显著提高了浇注料试样的热震性和抗渣性。     

CaO含量对刚玉质浇注料性能与显微结构的影响

通过控制铝酸钙水泥加入量,研究了CaO含量分别为0、0.5%、1.3%、1.7%、2.5%、3%、3.5%、4.9%、5.6%和7.5%时对刚玉质浇注料烧结性能、抗热震性和显微结构的影响,同时借助XRD、SEM、EDS和高温热膨胀仪等手段对浇注料的物相变化、热膨胀系数和显微结构进行了分析和观察。结果表明:刚玉质浇注料中CaO含量显著影响着浇注料的烧结性能、抗热震性及其显微结构,当CaO含量低于2.5%时,随着CaO含量的增加,浇注料中片状CA6逐渐增多,并伴随着大量的体积膨胀,导致浇注料体积密度下降,显气孔率上升;当CaO含量超过2.5%时,随着CaO含量增加,浇注料中CA2相含量增加,CA6相含量逐渐减少,浇注料体积密度开始增加,显气孔率下降,线膨胀率减小,CaO含量高于5.6%的浇注料出现了收缩;刚玉质浇注料的抗热震性与显微结构密切相关,CaO含量为4.9%～7.5%的刚玉质浇注料具有很好的抗热震性,这是由于浇注料基质中粒状CA2与片状CA6相互穿插,刚玉骨料边缘片状CA6向基质中生长,强化了基质与骨料的结合,同时CA2相具有低膨胀性,导致浇注料具有较高的强度保持率和抗热震性。     

矾土基电熔尖晶石对矾土基浇注料性能的影响

为了开发矾土基电熔尖晶石的应用,在矾土骨料、纯铝酸钙水泥、Al2O3微粉、SiO2微粉等原料加入量不变(分别为65%、4%、4%和1%)的条件下,变化矾土基电熔尖晶石的加入量(分别为0、6%、8%、10%和12%)和电熔白刚玉细粉的加入量,研究了矾土基电熔尖晶石对矾土基浇注料常温物理性能、热态抗折强度、抗热震性以及抗渣性的影响。结果表明,与不加矾土基电熔尖晶石的浇注料相比,尖晶石加入量为6%~12%时,浇注料的常温性能相差不大,但热态抗折强度及抗热震性均有所提高,抗渣性有很大改善。     

加入氯化钙对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉粉、尖晶石粉、氧化铝微粉等为基质,以纯铝酸钙水泥为结合剂,分别外加0、1%、2%、3%(w)的氯化钙(CaCl_2)制备了刚玉-尖晶石浇注料,并研究CaCl_2加入量对浇注料常温物理性能、高温强度、抗热震性和显微结构的影响。结果表明:随CaCl_2加入量从0增加到3%(w),刚玉-尖晶石浇注料于1 500℃处理后的常温强度和显气孔率增加,体积密度降低,线变化率先降低后增大,但总体变化不大;而高温抗折强度和抗热震性得到明显改善,这主要归因于所加CaCl_2以溶液形式均匀分布在浇注料中,其与Al_2O_3反应生成了片状CA_6,且CA_6晶体较小,均匀分布在试样基质中,起增强、增韧作用。     

水泥和水合氧化铝对铝镁浇注料性能的影响

固定电熔白刚玉、电熔镁砂粉、αAl2O3微粉、SiO2微粉等原料的含量不变,分别加入不同量的水合氧化铝和纯铝酸钙水泥作结合剂(ρAl2O3加入量为2%、3%和4%,水泥加入量为3%、5%和7%),对比研究了水泥结合和水合氧化铝结合铝镁浇注料的显气孔率、体积密度、耐压强度、抗折强度、抗热震性和抗渣性能。结果表明:与水泥结合铝镁浇注料相比较,水合氧化铝结合浇注料具有更好的抗热震性、抗渣侵蚀和渗透性能;水合氧化铝在浇注料中的合适加入量为3%;水泥结合铝镁浇注料具有较高的常温强度,但其抗渣侵蚀和渗透性能随着水泥含量的增加而逐渐降低。     

矾土基电熔锆刚玉对钢包用Al2O3-MgO浇注料性能的影响

以特级矾土熟料(8～5 mm)、电熔亚白刚玉(5～3和3～1 mm)、电熔白刚玉(≤1 mm)为骨料,以白刚玉细粉(<0.088和<0.044 mm)、矾土基电熔锆刚玉(<0.088 mm)、电熔铝镁尖晶石(<0.044 mm)、电熔镁砂(<0.074 mm)、α-Al2O3微粉(≤5 μm)和SiO2微粉(≤3 μm)为基质,骨料与基质质量比为65∶35,固定锆刚玉与白刚玉粉总质量分数为16%不变,以矾土基电熔锆刚玉细粉等量替代白刚玉粉,研究了矾土基电熔锆刚玉粉质量分数(分别为0、4%、8%、12%和16%)对Al2O3-MgO浇注料物理性能及抗渣性的影响,并利用SEM和EDS对渣蚀后的试样进行显微结构及微区元素分析.结果表明:(1)矾土基电熔锆刚玉可以促进Al2O3-MgO浇注料的烧结,从而改善浇注料的常温物理性能;(2)矾土基电熔锆刚玉的引入对Al2O3-MgO浇注料的抗热震性影响不大;(3)矾土基电熔锆刚玉的引入对Al2O3-MgO浇注料的高温抗折强度和抗渣侵蚀性略有负面影响,这主要和矾土基电熔锆刚玉中的杂质在高温下生成液相有关.     

氯化镁对铝酸钙水泥结合浇注料性能的影响

为了改善铝酸钙水泥结合浇注料的高温体积稳定性,以w(Al2O3)≥99.5%的板状刚玉为骨料,w(Al2O3)≥99.7%的活性Al2O3微粉和板状刚玉细粉(≤0.044 mm)为基质,以铝酸钙水泥Secar 71为结合剂,添加适量氯化镁制备铝酸钙水泥结合浇注料,分别在1 100℃3 h和1 450℃3 h进行热处理,测定浇注料试样的常温物理性能,并分析基质试样的物相组成和显微结构。结果表明:氯化镁的加入会导致浇注料经高温处理后的体积密度下降,显气孔率升高,并降低浇注料高温处理后的力学性能;但是,含氯化镁的浇注料经高温处理后的线膨胀较小。通过显微结构分析发现,在含氯化镁的浇注料基质中有发育良好的板片状CA6,氯化镁分解所产生的孔隙可以为高温下CA6的形成提供部分可膨胀的空间,从而降低CA6形成所带来的体积膨胀,有利于改善浇注料经高温处理后的体积稳定性。     

尖晶石加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉、尖晶石、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥为原料,研究了尖晶石加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%、15%、18%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:随着尖晶石加入质量分数在0～18%范围内的增加,试样的高温抗折强度和抗渣性能均逐渐改善;试样的抗热震性呈先下降后上升趋势,以尖晶石加入质量分数为9%时最差;试样1 550℃3 h处理后的冷态强度呈先上升后下降的趋势,以尖晶石加入质量分数为9%时最大。     

HiPerCem水泥对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性的影响

以板状刚玉、尖晶石细粉和活性α-Al2O3微粉为主要原料,使用HiPerCem水泥作为结合剂制备刚玉-尖晶石浇注料,对比研究了HiPerCem水泥与Secar71及CMA72水泥在浇注料中的凝结行为及其对浇注料常温物理性能、抗渣性能的影响.结果 表明,在保持引入浇注料中一铝酸钙含量为1.8％,尖晶石含量为10％的情况下,HiPerCem水泥结合浇注料的凝结速度居中,脱模及烘干强度较另外2种水泥结合浇注料的低.抗渣侵蚀实验表明,以HiPerCem水泥为结合剂的浇注料因引入的CaO含量较CMA72和Secar71水泥结合浇注料低,大尺寸气孔少,具有较好的抗渣性;而CMA72水泥结合浇注料因试样中大尺寸气孔比例较高,熔渣渗透严重,未能发挥出其水泥中微晶尖晶石相改善抗渣性的优势.     

TiO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉粉、电熔尖晶石粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥、金红石型TiO2为基质,按骨料、基质质量比为70:30配料,用金红石型TiO2替代≤0.044 mm电熔白刚玉细粉,其加入量(w)分别为0、2%、4%和6%,加水混匀后振动浇注成25 mm×25 mm×125 mm的试样,于室温下养护24 h后脱模,经110℃24 h烘干后,分别经1 100、1 300、1 500℃热处理3 h后,进行常温物理性能、热态抗折强度、抗热震性的研究,并利用SEM对部分试样在1 400℃下高温抗折强度试验后的断口形貌进行分析。结果表明:(1)1 300和1 500℃烧后试样基质中主要物相为刚玉、尖晶石、钛酸铝和六铝酸钙;随TiO2加入量的增加,TiO2与Al2O3反应生成的钛酸铝衍射峰强度逐渐增加。(2)加入TiO2对1 100和1 300℃烧后刚玉-尖晶石浇注料的显气孔率、体积密度和线变化率影响较小;但使1 500℃烧后浇注料的显气孔率降低,体积密度增加,体积变化从微膨胀到收缩。(3)加入2%TiO2可明显提高浇注料的常温强度,但加入量>4%时明显降低了浇注料的常温强度。(4)加入TiO2对浇注料的高...     

加入纳米碳酸钙对刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响

以烧结刚玉为骨料,电熔白刚玉粉、电熔尖晶石粉、α-Al2O3微粉、纳米碳酸钙以及水合氧化铝为基质,研究了纳米碳酸钙加入量(质量分数分别为0.4％、0.8％、1.2％、1.6％、2.0％)对刚玉-尖晶石质浇注料经不同温度处理后抗折强度、抗热震性和抗渣性的影响.结果表明:加入的纳米碳酸钙在高温下分解,并原位生成铝酸钙系矿物,能明显提高浇注料在800～1400 ℃处理后的常温和热态抗折强度;加入纳米碳酸钙能明显提高浇注料的抗热震性能,对浇注料抗高碱度渣性能的影响较小,但明显降低了其抗低碱度渣的侵蚀性和渗透性.