SiO2微粉加入量对Al2O3-SiC-C出铁沟浇注料性能的影响

采用高铝矾土(8～5 mm)、棕刚玉(8～5、5～3、3～1 mm)、SiC(≤1、≤0.044 mm)、致密刚玉(≤1、≤0.044 mm)为主要原料,固定SiO2微粉和白泥的总加入量(w)为2.5%,研究了SiO2微粉加入量(其质量分数0、1%、1.5%、2%、2.5%)对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响。结果表明:试样在1 100、1 500℃分别保温3 h处理后,随着SiO2微粉加入量的增加即白泥加入量的降低,其加热永久线变化逐渐减少,显气孔率呈现先增大后降低的趋势,体积密度的变化趋势与显气孔率的正好相反,常温抗折强度及高温(1 450℃0.5 h)抗折强度呈现先增大后降低的趋势;当SiO2微粉加入量(w)为1.5%时,试样热震后的残余强度最大,SiO2微粉加入量(w)为2%的试样的强度保持率最低;在SiO2微粉加入量(w)为2%时,材料的抗渣侵蚀性能最好,继续增大SiO2微粉含量,抗渣侵蚀性能下降。综合各方面的因素,SiO2微粉和白泥复合使用时,SiO2微粉加入量(w)为2%左右,白泥加入量(w)为0.5%左右时,Al2O3-SiC-C快干浇注料具有最佳的综合性能。根据试验结果制备的快干浇注料在莱钢750 m3单铁口高炉铁沟使用,在未经任何修补的情况,主沟一次通铁量达到14万t。     

用于提高出铁沟寿命的新一代浇注料——超低水泥浇注料

近几年来,高在生产实践中发生了一些变化。彩优质砖衬使炉容扩大、铁水温度提高,炉压和的提高使出铁周期加快。用于分配铁水到铁水包的出铁场,必须适应现代高的需要。为了提高出铁场用耐火材料的使用。几种新型材料已经进入市场,采用这些新开发的材料使出铁场的寿命大幅度提高。本文讨论了所开发的超低水泥浇注料的颗粒和添加剂与抗热震性的关系。     

氮化硅铁对Al2O3-SiC-C系铁沟浇注料性能的影响

为了解决Al2O3-SiC-C系铁沟浇注料在高温使用过程中易氧化的问题,以棕刚玉颗粒、致密刚玉细粉、碳化硅颗粒和细粉、球状沥青、硅粉、Secar 71水泥、氮化硅铁等为原料,制备了Al2O3-SiC-C系铁沟浇注料,并研究了添加5%(w)氮化硅铁对该浇注料施工性能、物理性能、抗氧化性的影响,同时分别采用静态抗渣和回转抗渣试验对抗渣性能进行评价。结果表明:1)与不加氮化硅铁的常规铁沟浇注料相比,添加氮化硅铁的铁沟浇注料的常温强度略低,但是同样具备良好的施工性能和足够的脱模强度;2)添加氮化硅铁的铁沟浇注料具有较高的高温抗折强度和高温抗氧化性能;3)添加氮化硅铁的铁沟浇注料具有良好的静态抗渣能力,但是在强氧化环境和热态冲蚀同时作用的铁沟部位,不建议使用含氮化硅铁的Al2O3-SiC-C材料。     

改性石墨对Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

为了解决鳞片石墨因密度小、润湿性差和分散困难而难以在浇注料中使用的问题,首先采用硅烷偶联剂KH-560对≤0.178和≤0.074 mm的鳞片石墨分别进行改性处理,得到两种粒度的改性石墨;然后在传统Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料配方(w):电熔致密刚玉62%、SiC粉24%、α-Al2O3微粉5%、纯铝酸钙水泥4%、SiO2微粉3%、球状沥青(≤1 mm)2%的基础上,分别用0.5%(w)的改性前后的石墨等量取代球状沥青,以研究KH-560硅烷偶联剂改性鳞片石墨对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响。结果表明:与原石墨相比,改性后石墨的分散性明显改善,浇注料的需水量大幅降低,且加入≤0.178 mm改性石墨的试样分散效果较好;含石墨试样的常温物理性能均有所下降,但加入≤0.178 mm改性石墨的试样强度和体积密度都明显高于加入其他石墨的,仅略低于无石墨的;加入石墨的试样抗渣性能明显得到提高,且加入≤0.178 mm改性石墨试样的抗渣性能最佳。综合考虑浇注料的各项性能,认为经硅烷偶联剂改性的鳞片石墨可部分取代球状沥青,且最佳粒度为≤0.178 mm。     

炭素原料对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

以棕刚玉、碳化硅、铝酸盐水泥及超微粉等为原料制备了棕刚玉基Al2O3-SiC-C铁沟浇注料,研究了球状沥青加入量对其性能的影响,并确定了球状沥青的最佳加入量;在此基础上,进一步研究了鳞片石墨外加量对该浇注料性能的影响。结果表明:随着球状沥青加入量的增加,浇注料的需水量增加,体积密度减小,显气孔率升高,强度降低,抗渣侵蚀性先提高后降低;当球状沥青加入质量分数为3%时,浇注料需水量增加的幅度与强度降低的幅度并不明显,且抗渣侵蚀性最好;在球状沥青加入质量分数为3%的前提下,外加质量分数0.5%的鳞片石墨可使该浇注料的强度略有增加,抗渣侵蚀性进一步提高,但鳞片石墨质量分数超过0.5%后,反而使浇注料的需水量增大,显气孔率升高,强度降低,抗渣侵蚀性变差。现场使用效果表明,以3%质量分数的球状沥青配合0.5%质量分数的鳞片石墨作为炭素原料制备的棕刚玉基Al2O3-SiC-C铁沟浇注料,具有施工性好,易烘烤,性能优良,质量可靠的优点,在大型高炉出铁场上使用,其一次通铁量可达到19.8万t。     

无水泥浇注料性能的改进

为研究在1350℃以上条件下使用的无水泥浇注料,采用水合氧化铝代替铝酸钙水泥,并通过加入硅微粉使其流动性提高,但却导致坯体强度降低,为解决这个问题,开发了一种能够应用的新型水合氧化铝。     

尖晶石对Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

以新型亚白刚玉(8~5 mm、5~3 mm、3~1 mm、≤1 mm、≤0.044 mm)、SiC(≤1 mm、≤0.088 mm)、尖晶石粉(≤0.044 mm)、SiO2微粉、α-Al2O3微粉、铝酸钙水泥、Si粉和球状沥青等为主要原料,在Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的配料组成中分别加入质量分数为0、4%、7%、10%、13%的镁铝尖晶石粉,混练均匀后振动成型为40 mm×40 mm×160 mm的条状试样和50/20 mm×50/20mm的坩埚试样,经110℃24 h和1 450℃3 h热处理后测定试样的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、常温耐压强度、烧后线变化率和抗渣性能,并且进行了XRD、SEM和EDS分析。结果表明:加入适量镁铝尖晶石粉后,由于改善了试样的成型密度,促进了试样的烧结,因而提高了试样的密度、强度、体积稳定性和抗渣性;但是,由于尖晶石和刚玉的热膨胀系数不同,加入过多的镁铝尖晶石粉会导致试样中产生过多的微裂纹,从而对试样的密度、强度、体积稳定性和抗渣性不利;本试验中,尖晶石粉的最佳加入量(质量分数)为10%;尖晶石加入量为10%的试样中有长度为30~80μm的SiC晶须生成,并且其颗粒与基质之间结合紧密。     

矾土骨料对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

为降低铁沟浇注料的原料成本,以粒度>1 mm的高铝矾土熟料GL-90和矾土均化料GL-88分别替代常规棕刚玉质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料中>1 mm的棕刚玉颗粒,研究了这两种不同矾土骨料对铁沟浇注料的影响。结果表明:不同矾土骨料对铁沟浇注料的流动性、体积密度、强度以及抗渣侵蚀性均有不同程度的影响。相对矾土均化料而言,品位较高的高铝矾土熟料更适合作为铁沟浇注料中棕刚玉的替代品,以其为主要骨料制成的铁沟浇注料,其各项性能指标与以常规棕刚玉质铁沟浇注料的更为接近,而且在铁水温度不高、热冲击较小的中小型高炉上,这种铁沟浇注料与棕刚玉质铁沟浇注料的使用效果差别不大;而在铁水温度较高、热冲击大的高炉上,与棕刚玉质的使用效果差别较大,尤其是在撇渣器前端回旋区,应尽量使用棕刚玉质的铁沟浇注料。     

镁砂细粉含量对铝镁质浇注料性能的影响

研究了镁砂细粉含量对MgO -SiO2 -H2 O系结合的矾土基铝镁浇注料的流动性、常温物理性能及抗渣性的影响。结果表明 :随镁砂细粉含量的增加 ,浇注料烘后强度增加 ,但过多的镁砂细粉又使强度下降 ;随镁砂细粉含量的增加 ,浇注料的抗渣性逐渐恶化 ,特别是抗渣渗透性下降严重。     

分散剂对无SiO_2微粉刚玉质浇注料性能的影响

为了优化刚玉质浇注料的性能,在以纯铝酸盐水泥结合的刚玉质浇注料中加入不同分散剂,系统研究了不同分散剂对浇注料基质浆体动电特性、流变特性以及对浇注料常规物理性能的影响。结果表明,加入4种分散剂的基质浆体的Zeta电位绝对值均较低,且加入高分子聚合物型分散剂浆体的Zeta电位绝对值比加入聚电解质型分散剂浆体的更低;4种分散剂均能显著降低基质浆体的表观黏度,其最佳加入量分别为0.2%、0.7%、0.6%和0.7%;加入分散剂FS10的刚玉质浇注料的需水量最低,且试样的各项物理性能都较优。     

原位生成SiAlON增强Al2O3-SiC-C铁沟浇注料的力学性能

根据热力学计算,在还原气氛下,通过引入Si3N4和提高Si的加入量等途径原位合成制备出SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料是完全可行的.实验研究了Si3N4的加入量和Si的加入量对Al2O3SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响.结果发现随着Si3N4加入量的提高,材料的力学性能先增大,后减小,加入量为6%时材料力学性能最佳;Si的加入量对材料性能的影响较为显著,材料的力学性能随着其加入量的增多而逐渐提高,其最佳加入量为5%.XRD及SEM分析结果表明,SiAlON增强Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能优良的根本原因是由于Si3N4、Si与Al2O3原位反应生成的SiAlON改变了材料基质结合形式,提高了基质的固-固直接结合率.     

武钢大型高炉主沟用浇注料的变革折射出的技术问题

分析了最近十年来武钢高炉主沟用浇注料变革中的技术因素,研究了主沟浇注料中致密刚玉、亚白刚玉、棕刚玉骨料的侵蚀过程,认为浇注料性能与其使用寿命没有必然的联系,以标准的技术指标作为考核依据值得反思。以基质的改进为基础,主沟浇注料寿命(一次通铁量)从9万t提高到14万～18万t;不同原材料的性能得到充分利用,沟型结构改进配合材料技术的进步是非常重要的原因。     

Mechanical properties and microstructure of oil-well cement stone enhanced with submicron SiC whiskers

In order to improve the intrinsically brittle nature of the oil-well cement stone, a new type of submicron-fibrous whisker, referred to as the silicon carbide whisker (SiC whisker) was added into cement paste. The cement-based composites were prepared with the various amounts of submicron SiC whiskers. The composites were analyzed via scanning electron microscopy (SEM), mechanical testing, X-ray diffraction (XRD), infrared spectrum analysis (FTIR), and thermal stability analysis in order to understand the enhanced effect that the submicron SiC whiskers had on the applied properties and mechanisms of oil-well cement stone. The compressive strength, the tensile strength, and the flexural strength of the sample with 1% of additional submicron SiC whiskers increased by 9%, 104%, and 26%. The ultimate strain was more than 5%, which increased 194%. The elasticity modulus was 4648.4MPa, which decreased 31.1% after 28 curing days. These improved the mechanical properties of the cement-based composites primarily because of the microscopic mechanism of reinforcement via the submicron SiC whisker, including the bridging effect, the crack deflection, and the pull-out effect.

• HIGHLIGHTS

• A submicron SiC whisker was used to enhance the oil-well cement

• The submicron SiC whisker could significantly increase the mechanical behaviors of the oil-well cement

• The reinforcing mechanism that the submicron SiC whisker had on the oil-well cement was discussed in detail.

• The influence that the submicron SiC whisker had on the integrity of the cement sheaths were evaluated

     

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。     

SiO_2微粉对水泥结合刚玉质浇注料中低温化学键变化的影响

以电熔棕刚玉(8~5、5~3、3~1 mm)和电熔白刚玉(≤1、≤0.045 mm)为主要原料,添加α-Al2O3微粉和SiO2微粉制备铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料,研究了经110、800和1 000℃热处理后含5%(w)Si O2微粉和不含SiO2微粉浇注料基质中化学键变化与浇注料强度的关系。采用XPS和FTIR研究Si O2微粉与水泥水化产物经110℃烘干和800℃热处理后的化学键变化。结果表明,经110和800℃热处理后,SiO2微粉和水泥水化物之间形成了Si—O—Al结合键。因此,在110~800℃,含Si O2微粉的铝酸钙水泥结合浇注料的强度较高的原因是Si O2微粉与水泥水化物之间形成了Si—O—Al化学键。     

大型高炉用Al2O3-SiC-C铁沟浇注料的研制与使用

研究了硅微粉、炭素、α Al2 O3 微粉对Al2 O3 -SiC -C铁沟浇注料流动性、线变化率及热处理后强度的影响。研制的低水泥Al2 O3 -SiC -C铁沟系列浇注料在宝钢的大型高炉上使用 ,一次通铁量 (过程不修补 )达 10万t以上 ,在日本NKK -NKT钢管公司的大型高炉上使用 ,通铁量达 35～ 4 0万t(过程中渣线部位修补 1～ 2次 ) ,均取得了良好的使用效果。