废Al_2O_3-SiC-C砖在铁沟浇注料中的回收利用

为了开发废Al2O3-SiC-C砖的回收利用,以废Al2O3-SiC-C砖颗粒作为骨料取代高铝均化料,制备了一系列废Al2O3-SiC-C砖不同掺入量(质量分数25%、40%和55%)的铁沟浇注料。从试验检测结果和现场使用效果两方面对废Al2O3-SiC-C砖颗粒取代高铝均化料的可行性进行了对比分析,并从经济效益和社会效益两方面对废Al2O3-SiC-C砖的回收利用进行了综合评估。结果表明:随着废Al2O3-SiC-C砖掺入量的提高,浇注料的需水量逐渐增多,体积密度逐渐降低,烧后线变化率逐渐减小,强度略有降低但仍保持着较高水平,抗渣侵蚀性能未受明显影响;与原浇注料相比,掺入质量分数为40%的废Al2O3-SiC-C砖颗粒的浇注料在中小型高炉出铁场支沟及渣沟上的使用效果差别较小,寿命降低不明显,而原材料成本可大幅降低;另外,由于对废Al2O3-SiC-C砖进行了回收再利用,减少了大量固体废弃物堆砌造成的资源浪费与环境破坏,因此产生了显著的社会效益。     

硅粉对硅溶胶结合Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

以特级矾土熟料(5~3、3~1 mm)、棕刚玉(≤1 mm)、SiC(≤1 mm)、球状沥青(1~0.5 mm)、电熔白刚玉(≤0.074 mm)、活性α-Al2O3微粉、SiO2微粉、硅粉(d50=20.81μm)为原料制备Al2O3-SiC-C浇注料,分别以质量分数为0、1%、2%、3%、4%、5%和6%的硅粉等量替代白刚玉粉,研究了硅粉对浇注料常温物理性能和抗氧化性能的影响,并采用Factsage、SEM和EPMA等手段对试样进行热力学分析和显微结构分析。结果表明:1)随着硅粉含量的增加,试样的显气孔率逐渐降低,体积密度先增大后减小,常温强度明显提高。2)硅粉可以提高浇注料的抗氧化性能,在硅粉加入量为4%(w)时,其抗氧化性能最好。3)抗氧化试验后,试样边缘部位原位反应生成的莫来石堵塞了气孔,使得试样边缘结构致密;试样过渡区域有少量的莫来石和SiO2生成,封闭了表面的气孔,进一步阻止了氧气的进入;试样中心区域有少量晶须状的SiC生成,填充在骨架结构中,起强化增韧的作用。     

球状沥青对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

以特级矾土、亚白刚玉等为骨料,氧化铝微粉、二氧化硅微粉、碳化硅粉、铝酸钙水泥、硅粉等为基质料,按骨料与基质料质量比为70:30配料,分别外加质量分数0、1%、2%和3%的球状沥青,加水和少量减水剂共混制成Al2O3-SiC-C质浇注料,经振动成型、养护、脱模和烘干后,在1500℃空气气氛中保温3h热处理。对干燥后和热处理后试样进行了常温物理性能、高温抗折强度和抗渣性能检测。结果表明:随着球状沥青加入量的增加,碳氧化导致试样结构疏松,高温抗折强度逐渐减小;适量球状沥青在热处理过程中软化后渗入试样孔隙中,可以提高试样的抗渣侵蚀性能;加入球状沥青的质量分数为1%时,浇注料的综合性能最好。     

Si_3N_4加入量对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

以电熔棕刚玉、碳化硅、α-Al2O3微粉、白刚玉、硅灰、硅粉为主要原料,以高铝水泥为结合剂,制备了铁沟浇注料,研究了Si3N4加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%)对试样性能、物相组成和显微结构的影响.结果表明:(1)随着Si3N4加入量的增加,不同温度处理后Al2O3-SiC-C试样体积密度和常温强度基本上呈先增大后减小,显气孔率呈先减小后增大的变化趋势,Si3N4的适宜加入量为3%～6%.(2)中高温热处理时,试样中的Si3N4部分氧化生成了活性很高的SiO2,进而与Si3N4和α-Al2O3反应生成了O'-SiAlON结合相.(3)高温处理后试样的高温抗折强度随Si3N4加入量的增加而增大,而未经高温处理的试样的高温抗折强度则随着Si3N4加入量的增加而减小,这与试样中O'-SiAlON相的生成量有关.     

加入造粒石墨对低水泥氧化铝基浇注料性能的影响

分别采用成型后造粒(A l2O3-C造粒Ⅰ)以及直接造粒(A l2O3-C造粒Ⅱ)两种不同的方法对天然鳞片石墨进行处理。研究了这两种造粒石墨的加入对低水泥氧化铝基浇注料物理性能、抗氧化性能以及抗渣性能的影响。结果表明:1)石墨含量较低、热处理温度较低(110℃)时,含A l2O3-C造粒Ⅰ的试样的常温抗折强度、耐压强度均优于含A l2O3-C造粒Ⅱ的试样的;2)石墨含量较高、热处理温度较高(1 500℃)时,含A l2O3-C造粒Ⅰ的试样的常温抗折强度、耐压强度则不如含A l2O3-C造粒Ⅱ的试样的;3)含同种造粒石墨的试样,其石墨含量越低,抗氧化性能越好;4)石墨含量对含A l2O3-C造粒Ⅱ试样的抗渣侵蚀性影响较大,浇注料中引入A l2O3-C造粒Ⅱ比引入A l2O3-C造粒Ⅰ更有利于改善试样抗渣侵蚀性。     

改性石墨对Al2O3-SiC-C质浇注料性能的影响

以传统Al2O3-SiC-C质浇注料的基本配方为基础,制备成沥青质量分数为2%的Al2O3-SiC-C质浇注料和改性石墨质量分数分别为2%、4%和6%的Al2O3-SiC-C质浇注料,对比研究了这几种浇注料的流动性及经110℃、1 100℃和1 500℃处理后浇注体的体积密度、体积稳定性、强度、抗氧化性和抗渣性。结果表明:随着碳源由沥青改为改性石墨以及随着改性石墨加入量的增多,浇注料的需水量增多;不同温度处理后浇注体的体积密度均先增后降;烘干后强度降低较多,烧后强度变化相对较小;抗氧化性差别不大;高温抗折强度明显提高;添加改性石墨的浇注料比添加等量沥青的抗渣性差,但随着改性石墨加入量的逐渐增多,其抗渣性又有所提高。     

碳源对Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能影响的研究进展

本文综述了沥青、炭黑、焦炭和石墨等常规碳源,表面改性碳以及新型碳源对Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料性能影响的研究概况。沥青在Al₂O₃-SiC-C质浇注料中发挥着重要作用,其加热软化后渗透或挥发、凝结到浇注料的缝隙或气孔中,可以增强颗粒之间的结合,改善高温下液相分布,避免过烧结,显著提高浇注料的抗渣性能。炭黑粒度细小,可充分填充空隙,降低烧后试样的气孔平均孔径,改善高温下抗侵蚀性。炭黑、焦炭和石墨等常规碳源适合作为附加碳源和沥青配合使用,达到互补的效果。表面改性碳中造粒石墨具有较好的应用效果,可大幅提高Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料中鳞片石墨的引入量,显著提高抗渣性能。新型碳源中含碳树脂粉Carbores P配合沥青添加到Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料中可有效提高铁沟服役寿命。     

ZrO2喷涂层对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

对Al2O3-SiC-C质浇注料分别进行110℃、300℃和500℃预处理,然后采用喷涂工艺在其表面制备氧化锆涂层,借助光学显微镜和SEM研究氧化锆涂层对Al2O3-SiC-C质浇注料的抗氧化性和抗侵蚀性的影响.研究表明:经300℃预处理,采用喷涂工艺喷涂一次,Al2O3-SiC-C质浇注料的抗氧化性和抗侵蚀性较好.     

蓝晶石粉加入量对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔棕刚玉、碳化硅、蓝晶石粉、α-Al2O3微粉、球状沥青等为原料,以纯铝酸钙水泥为结合剂,研究了蓝晶石粉加入量(质量分数分别为0、2％、4％、6％)对Al2O3-SiC-C质浇注料性能的影响.结果表明:随着蓝晶石粉的增加,1450℃×3h处理后Al2O3-SiC-C质浇注料的体积密度减小,线变化率逐渐增加,中温和高温强度都有一定程度的提高,但加入量超过6％以后,浇注料的高温抗折强度会有所下降.蓝晶石作为Al2O3-SiC-C质浇注料的膨胀剂合理使用,可以减少耐火材料在高温和冷却过程中产生的收缩裂纹和剥落,从而延长耐火材料的寿命.     

B_4C加入量对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响

以电熔棕刚玉为骨料,碳化硅、白刚玉、硅粉、球沥青、硅微粉、氧化铝微粉及高铝水泥为细粉,按大颗粒、中颗粒、细粉的质量比为55:15:30配料,分别外加0、0.2%、0.4%、0.6%的碳化硼细粉,加水和少量减水剂共混后,振动成型为160 mm ×40 mm ×40 mm的试样.自然干燥24 h脱模后,再自然干燥24 h,在空气气氛中分别于800、1 000、1 200、1 550℃下热处理3 h.检测各温度热处理后试样的线变化率、显气孔率、体积密度、耐压强度、抗折强度以及抗氧化性,高温抗折强度是在空气气氛中于1 400℃0.5 h进行检测,并利用XRD分析部分试样经高温抗折试验后的物相组成.结果表明:由于B4C在较低温度下氧化产生少量液相,一方面促进了材料的烧结,增大了中温强度;另一方面在材料表面形成防氧化膜,阻碍了炭素材料的氧化,利于次生β-SiC的形成.因而增大了浇注料的高温抗折强度.在本试验条件下,B4C加入量为0.4%时,浇注料的力学性能最好.     

电熔镁砂加入量对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔棕刚玉颗粒(粒度为5~3 mm、3~1 mm,≤1 mm)、电熔白刚玉细粉(≤0.088 mm)、SiC颗粒(≤1 mm)和细粉(≤0.088 mm)、电熔镁砂细粉(≤0.088 mm)、活性α-Al2O3微粉、SiO2微粉、Si粉和球状沥青为主要原料,以纯铝酸钙水泥为结合剂,配制成电熔镁砂细粉加入量(质量分数)分别为0、3%、6%、9%、12%的出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料,经振动成型、养护、脱模、110℃24 h烘干后,分别于1 100℃3 h、1 450℃3 h热处理,测定处理后试样的体积密度、显气孔率、烧后线变化率、抗折强度、抗高炉渣侵蚀性和抗氧化性,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:随着电熔镁砂加入量的增加,试样的显气孔率提高,体积密度、抗折强度和抗氧化性降低,抗渣性变化不大;1 450℃3 h处理后试样物相主要由3C-SiC、6H-SiC、刚玉、方镁石以及反应生成的尖晶石和莫来石组成,且随着电熔镁砂加入量的增加,尖晶石和莫来石的生成量也增加;在侵蚀面附近,刚玉颗粒边缘生成了厚度约80μm的尖晶石层。     

BN粉加入量对Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

为了提高均质矾土基Al_2O_3-SiC-C耐火浇注料的性能,在以88均质矾土颗粒、碳化硅颗粒和细粉、白刚玉细粉、活性α-Al_2O_3微粉、球状沥青、SiO_2微粉、铝酸盐水泥为主要原料的均质矾土基Al_2O_3-SiC-C浇注料中,添加质量分数分别为0、0. 5%、1. 0%、1. 5%、2. 0%的氮化硼粉(粒度≤1μm),研究氮化硼粉加入量对Al_2O_3-SiC-C浇注料常温物理性能、抗氧化性能和抗渣侵蚀性的影响。结果表明:添加0. 5%～1%(w)的BN粉有助于试样的烧结致密化;随着BN粉加入量的增加,试样的抗氧化性和抗渣性逐渐增强;综合考虑,BN粉的适宜添加量为0. 5%～1%(w)。     

硅溶胶结合Al2O3-SiC-C浇注料的抗侵蚀性能

以致密刚玉、碳化硅、炭素材料、氧化铝微粉、刚玉微粉等为原料,以硅溶胶为结合剂制备了Al2O3-SiC-C浇注料,与高炉出铁场应用的主沟铁线料、渣线料以及脱Si用摆动流嘴料对比进行了抗高炉水渣、脱Si渣和脱P渣侵蚀试验研究,侵蚀试验采用静态坩埚法(氧化气氛,1450℃3h)和动态旋转法(1500℃,转速为60r.min-1,试验旋转时间10min)两种方法进行。另外,对所研制的浇注料又进行了静态坩埚强化侵蚀试验:1500℃3h抗渣侵蚀试验和2次1450℃3h抗渣侵蚀试验。结果表明:所研制的硅溶胶结合Al2O3-SiC-C浇注料对3种渣的抗侵蚀性能均比目前高炉出铁场使用的主沟铁线料、渣线料以及脱Si用摆动流嘴料要好;在3种铁水预处理渣中,脱Si渣和脱P渣对材料的侵蚀较严重。     

改性石墨对矾土基浇注料性能的影响

分别采用Al_2O_3涂层处理法和石墨造粒法改善石墨的润湿性,并将改性处理后的石墨引入到矾土基浇注料中,研究了含改性石墨的矾土基浇注料的性能。结果表明:Al_2O_3涂层对石墨的改性效果不明显,而石墨造粒的改性效果较好;与未处理鳞片石墨相比,造粒石墨中的石墨以微粒的形式分散于浇注料中,使浇注料的需水量大幅度降低,从而使得试样的结构致密,高温抗折强度较高,抗热震性较好。     

高炉非金属冷却壁用Al_2O_3-SiC-C质浇注料的研制

为了提高高炉非金属冷却壁用Al2O3-SiC质浇注料的抗渣性,在其中引入人造石墨,研制了高炉非金属冷却壁用Al2O3-SiC-C质浇注料,着重研究了六偏磷酸钠(SHP)、聚丙烯酸钠(PAANa)、萘系减水剂(NTD)和SkipLiquid型减水剂(SL)4种分散剂及其加入量对这种含碳浇注料流动性、耐压强度、体积密度和显气孔率的影响以及碳(人造石墨)的添加量对浇注料试样的耐压强度、体积密度、显气孔率和抗渣性能的影响。结果表明:1)分散剂SL的效果最好,其最优外加量为0.2%;2)人造石墨添加量为5%时,浇注料试样的抗渣性能和烧后耐压强度达到最优,综合性能最佳。     

SiC加入量和粒度对耐火浇注料性能的影响

以特级矾土骨料、氧化铝微粉、二氧化硅微粉、刚玉细粉、SiC和纯铝酸钙水泥为主要原料,研究了SiC加入量和粒度对耐火浇注料性能的影响。研究发现,在浇注料基质内加入6％的150目SiC,可以改善耐火浇注料的抗热震稳定性。     

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。     

高铝粉煤灰加入量对Al2O3-SiC-C浇注料抗高炉渣性能的影响

以棕刚玉(w(Al_2O_3)≥95.00%,粒度8~1mm,≤1mm),SiC(w(SiC)≥90.00%,粒度≤0.088mm),铝酸盐水泥,α-Al_2O_3微粉,SiO_2微粉,高温沥青等为原料,研究了高铝粉煤灰加入量(质量分数,下同)分别为0、3%、6%、9%和12%时对Al_2O_3-SiC-C质浇注料物理性能和抗渣性能的影响。结果表明随着高铝粉煤灰加入量的增加并达到9%时,Al_2O_3-SiC-C质浇注料的线变化率略有增大,抗渣性能与未添加粉煤灰的浇注料的相当;当高铝粉煤灰添加量增加并达到12%时,试样的抗高炉渣侵蚀的能力开始较明显下降。     

硅微粉加入量对低水泥铝硅浇注料性能的影响

常规浇注料由于水泥含量较高,施工需水量大,因此浇注体的气孔率高,高温抗折强度低,抗侵蚀性差。为了降低水泥含量,用细粉如硅微粉、活性氧化铝、氧化铬细粉等代替部分水泥设计低水泥浇注料。印度的研究人员采用矾土、电熔棕刚玉、硅线石作