硅溶胶结合刚玉和刚玉-莫来石浇注料的性能研究

以电熔白刚玉、电熔莫来石、氧化铝微粉、二氧化硅微粉和硅溶胶为主要原料,制备了硅溶胶、二氧化硅微粉结合刚玉浇注料以及硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料,研究了不同温度处理后浇注料的常温性能、冷态和热态抗折强度以及弹性模量等性能,并进行了差热、X射线衍射和显微结构分析。研究结果表明:1)与二氧化硅微粉相比,硅溶胶能够显著提高浇注料800℃以下的抗折强度;硅溶胶结合和二氧化硅微粉结合的机制以及随温度变化的规律基本一致。2)高温下刚玉骨料中β-Al2O3分解产生的Na2O大部分进入液相,使液相中Na2O含量增加,不利于浇注料中原位生成莫来石,并降低材料的高温强度。3)莫来石加入到硅溶胶结合刚玉浇注料中,能显著降低浇注料的弹性模量,借助于高温下液相的传质作用,莫来石彼此连接形成网络,从而增加了浇注料的强度。     

碳化硼加入量对氧化镁-氮化硅铁浇注料力学性能的影响

以97烧结镁砂为主要原料,加入3%质量分数的氮化硅铁细粉,以硅微粉作为结合剂,研究了外加不同量碳化硼(其质量分数分别为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)对镁质浇注料常温物理性能和高温力学性能的影响,并借助扫描电镜对浇注料的显微结构进行了分析。结果表明:随着碳化硼加入量的增加,浇注料烘干强度下降,中、高温处理后强度变大,高温抗折强度下降。原因在于碳化硼在加热过程中氧化产生液相,促进材料烧结,使得材料致密,冷态强度增大;而由于液相的产生降低了镁质材料的直接结合程度,使得高温抗折强度减小。     

低水泥和超低水泥浇注料高温强度与结合相的反应

已对二氧化硅含量为0%～10%和水泥含量为1.5%～7.5%的片状氧化铝质浇注料的高温抗折强度进行了测定。测试温度范围为1000～1500℃,其结果示明,为了获取1300℃以上的高温强度,应该使用一定量的二氧化硅微粉。增加水泥含量会大大地降低1300℃以上的强度。但是,这种效应可以通过增加二氧化硅微粉含量得到补偿。这种强度的增加是由液相生成莫来石所致。使用SEM和XRD技术加上强度测量法,已对莫来石的生成进行了研究,而且提出了可能的反应机理。含量很低的水泥和高含量二氧化硅微粉的浇注料,在1400℃会有高的强度。含有1.5%水泥和10%二氧化硅微粉的片状氧化铝质浇注料,在1400℃时的高温抗折强度约为20MPa,而一种以电熔氧化铝为基质的浇注料,其高温抗折强度可以接近30MPa。     

二氧化硅微粉对氧化铝-尖晶石浇注料性能的影响

对富含Al2O320%的MgO-Al2O3尖晶石和CaO1.7%及二氧化硅微粉添加达1.3%的浇注料的物理性能进行了研究。结果表明:加入0.1%的二氧化硅微粉有助于增加浇注料的高温抗折强度,而当加入量>0.1%时则非常有害。观察到二氧化硅微粉加入量为0.3%的浇注料在1500℃烧成3h后,由于CA6的形成,出现了最大的气孔率。当二氧化硅微粉的加入量>0.3%时,其气孔率降低的原因则是因为液相烧结。     

高强铁沟浇注料的研制与应用

高炉用Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料高温性能低主要与水泥、硅微粉的加入量有关,以棕刚玉、碳化硅等为主要原料,研究了硅微粉、水泥加入量对浇注料强度的影响,研究结果表明:通过采用高铝80水泥代替原用70水泥并适当降低两者的加入量,可以保证材料的常温强度不下降的前提下,显著提高高温抗折强度,其原因在于形成了发育良好的莫来石晶体,将该技术在1080 m3高炉的铁沟使用,通铁量提高3.8万吨,取得了良好的使用效果.     

硅微粉对铝—尖晶石浇注料的影响

本文对硅微粉加入量达到1.3％(质量)的含20％(质量)富铝镁铝尖晶石和1.7％(质量)CaO的铝-尖晶石浇注料的物理性能进行了研究。研究表明:由于硅微粉的团聚作用,使得添加0.3％(质量)硅微粉的浇注料于1500℃×3h烧后的气孔率最大,1500℃下的高温抗折强度较添加0.1％(质量)硅微粉的高温抗折强度有很大的降低。硅微粉添加量为0.1％(质量)时,其强度呈现峰值,是基质中凝聚键合结合所致,但其结合机理尚不清楚。添加0.1％(质量)的硅微粉有助于提高浇注料的高温抗折强度,但硅微粉加入量超过0.1％(质量)是十分有害的。不添加和添加0.1％(质量)的硅微粉,浇注料都出现膨胀,加入量超过0.1％(质量),浇注料荷重软化点降低。     

SiO2微粉加入量对刚玉质超低水泥浇注料高温性能的影响

研究了SiO2微粉加入量为0、2%、4%、6%和8%时对刚玉质超低水泥浇注料的烧结性能、高温强度及抗热震性能的影响.结果表明随着SiO2微粉加入量的增加,试样的烧结性能和抗热震性得到明显改善,在1400℃时的高温抗折强度也显著提高.讨论认为,试样高温性能提高的主要原因是SiO2微粉与Al2O3反应生成的莫来石穿插或弥散在刚玉颗粒形成的骨架结构的孔隙中起增韧作用.     

氮化硅加入量对镁质浇注料力学性能的影响

以镁砂为主要原料,以硅灰为结合剂,研究了不同氮化硅加入量对镁质浇注料的常温物理性能和高温力学性能的影响,用X射线衍射仪、扫描电镜等对浇注料的物相和显微结构等进行了分析.结果表明:经110℃,24h烘干的浇注料的常温抗压和抗折强度随着氮化硅加入量的增加而降低;经1 200℃,3 h烧结后的浇注料的常温抗压和抗折强度随着氮化硅加入量的增加先升高后降低,并在氮化硅加入量为3%(质量分数,下同)时达到极值点;经高温(1 500℃,3 h)烧结后的浇注料的常温抗压和抗折强度随着氮化硅加入量的增加而降低;烘干后的浇注料的高温(1 400℃)抗折强度在氮化硅加入量为3%时达到最大.在加热过程中氮化硅的作用包括两方面:一方面能部分氧化成二氧化硅,进而形成纤维状的镁橄榄石,增大浇注料的强度;另一方面氮化硅保留下来妨碍烧结,导致浇注料的强度降低.     

不同种类莫来石对碳化硅质浇注料性能的影响

采用不同种类烧结莫来石、碳化硅、SiO2微粉、Secar71水泥和p-Al2O3为主要原料,制备了不同种类莫来石-碳化硅浇注料,研究了浇注料的常温物理性能、高温抗折强度、抗热震性能、耐磨性能和抗碱性能,并借助SEM和EDS进行了显微结构和微区能谱分析.结果表明:富SiO2玻璃相促进试样的烧结,使得加入M45试样的显气孔率最小,强度最大,加入M60试样的显气孔率最大,强度较小;加入M45试样的高温抗折强度、抗热震性能最差,加入M60试样的高温抗折强度、抗热震性能最好;随着莫来石中Al2O3含量的增加,试样的常温耐磨性能逐渐变好,抗碱性能逐渐变差.     

炭黑加入量对氧化铝-碳化硅-碳质铁沟浇注料性能的影响及材料的工业化应用

为了探明炭黑与Al2 O3-SiC-C铁沟浇注料性能的相关性,主要研究了炭黑加入量对材料性能的影响.以电熔棕刚玉颗粒、碳化硅颗粒与细粉、硅微粉、α-Al2 O3微粉、白刚玉微粉、Secar71水泥、Si粉、球沥青为主要原料,分别以0、0.5％、1％、1.5％、2％质量分数的炭黑等量替代白刚玉微粉,外加质量分数为4.2％的水搅拌均匀,振动浇注成型,研究了炭黑加入量对浇注料流动性,经各温度热处理后常温物理性能及高温抗折强度、抗氧化性能的影响.结果表明:随着炭黑加入量的增大,浇注料流动值先增大后减小,体积密度先增大后减小,显气孔率先减小后增加,常温强度先增后减;高温抗折强度增大、抗氧化性能提高,其原因分析与形成的β-SiC晶须和发育良好的莫来石晶体有关.加入炭黑质量分数为1.5％时,浇注料的综合性能最好.根据试验实研究结果,添加1.5％炭黑的铁沟浇注料在铁沟应用中取得了较好的效果.     

锆莫来石加入量对刚玉质耐火浇注料抗热震性的影响

以电熔刚玉、锆莫来石、α-Al2O3微粉为主要原料,以铝酸钙水泥为结合剂,制备了刚玉质耐火浇注料.研究了锆莫来石加入量(质量分数分别为0、3％、6％、9％)对刚玉质耐火浇注料物理性能、物相组成和显微结构的影响.结果表明:随着锆莫来石加入量的增加,110℃×24 h烘干后试样体积密度呈先增大后减小,显气孔率呈先减小后增大趋势,常温抗折强度变化不大;1600℃×3h处理后耐火浇注料试样体积密度和常温抗折强度呈先增大后减小的趋势,1500℃×0.5 h高温抗折强度呈明显下降趋势.锆莫来石的引入对刚玉质耐火浇注料的抗热震性有所提高.综合各项性能,认为锆莫来石的最佳加入质量分数为3％.     

氮化硅铁加入量对镁质浇注料力学性能的影响

以镁砂为主要原料,以硅微粉作为结合剂,研究了不同氮化硅铁加入量对镁质浇注料常温物理性能和高温力学性能的影响,借助X射线衍射仪、扫描电镜等对浇注料的物相和显微结构等进行了分析.结果表明:随着氮化硅铁加入量的增加,浇注料烘干强度下降,中温强度先变大后变小,在氮化硅铁加入量为3%时达到极值点,高温强度先增大后下降;热态抗折强度在氮化硅铁加入量为3%时达到最大.氮化硅铁在加热过程能部分氧化成二氧化硅,进而形成纤维状的镁橄榄石,增大强度;铁相物质能和方镁石固溶,促进烧结.     

高铝矾土-尖晶石钢包浇注料的开发与应用

采用高铝矾土和矾土基尖晶石为主要原料 ,制备了高铝矾土 -尖晶石浇注料 ,研究了硅微粉和烧结镁砂细粉的加入量对该浇注料高温抗折强度及抗渣性能的影响及新开发的防爆剂对浇注料抗爆裂性能的影响。结果表明 :加入适量的硅微粉和烧结镁砂细粉 ,可改善浇注料的强度和抗渣性 ;新型防爆剂可有效改善浇注料的抗爆裂性 ;研制的浇注料在 4 0t连铸钢包上使用 ,效果很好。     

刚玉莫来石复相陶瓷热震及蠕变性能的影响因素分析

采用正交设计方法研究了硅微粉、氧化铝微粉及烧成温度对刚玉莫来石复相陶瓷热震稳定性及蠕变性能的影响机制。结果表明:烧结温度对复相陶瓷热震稳定性及蠕变性的影响最大,氧化铝微粉次之,硅微粉最小。高温抗折强度损失率在烧成温度为1650℃时最低,随氧化铝的含量增加而减小,并随硅微粉含量增加而增大。蠕变率随烧成温度的提高而减少,氧化铝质量分数为7%时最低,并随硅微粉含量增加而增大。通过调节硅微粉、氧化铝微粉及烧结温度,可控制颗粒与基质、莫来石的结合状态,气孔及残留α-Al2O3,从而改善材料的抗热震性及蠕变性。     

微粉对抗铝浇注料性能的影响

本文主要讨论了硅微粉及α-Al2O3微粉对抗铝浇注料施工性能、成型性能及强度的影响.结果表明:(1)基质中单独引入硅微粉时,随着硅微粉加入量的增加,抗铝浇注料的用水量减少,施工性能得到改善;随着硅微粉含量增加,试样的体积密度逐渐上升,烘干及烧后高温烧后强度升高,烧后线变化逐渐下降;(2)基质中引入硅微粉和α-Al2 O3的复合粉,随着二者比例的增加,抗铝浇注料的性能不断得到改善;本试验中,当基质中硅微粉占4％,α-Al2O3占1％,此时加水量、成型性能、强度、线变化率最优.     

不同基质组成的刚玉-尖晶石浇注料性能研究

以板状刚玉、电熔尖晶石和铝酸钙水泥为原料,设计了尖晶石细粉质量分数分别为0、7.5%、15%和22.5%的4组浇注料,每组浇注料又依水泥量的不同设计了m(CaO)/m(Al2O3)分别为0.03、0.06、0.09、0.15、0.18的5个配方,制备了不同基质组成的刚玉-尖晶石浇注料试样,系统研究了试样经1 600℃3 h处理后的性能(尤其是高温抗折强度和抗热震性)及基质显微结构。结果表明:1)高温下尖晶石与基质中的Al2O3发生固溶而影响浇注料的高温强度,加入7.5%~15%质量分数的尖晶石细粉时,基质中的Al2O3与尖晶石固溶程度较大,基质的结合强度较强,高温强度明显较高;而加入尖晶石较多时,Al2O3量相对降低,减弱了固溶产生的结合,形成了"松散"的基质结构,可有效提高浇注料的抗热震性,因此加入22.5%质量分数尖晶石细粉的浇注料抗热震性最优。2)随着铝酸钙水泥的增加,浇注料的体积密度逐渐减小,常温抗折强度和弹性模量逐渐降低;当基质中m(CaO)/m(Al2O3)=0.09时,基质中刚玉细粉和Al2O3微粉与水泥在高温下全部反应,生成了大量交错分布的板状六铝酸钙,浇注料的高温抗折强度最高,抗热震性最好。     

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.     

结合剂对刚玉-MgO浇注料性能的影响

以致密电熔刚玉、电熔镁砂为主要原料,选用铝酸钙水泥、硅微粉和ρ-Al2O3微粉为主要结合剂,采用电熔刚玉为骨料,固定骨料:基质=70:30(质量比),基质组成中固定电熔镁砂细粉、α-氧化铝微粉加入量均为6%不变,改变致密电熔刚玉细粉、铝酸钙水泥、硅微粉和ρ-Al2O3微粉的加入量,配制成3种结合系统的刚玉-MgO浇注料。铝酸钙水泥-硅微粉结合系统中硅微粉加入量固定为1%,铝酸钙水泥加入范围为0~15%;硅微粉结合系统中硅微粉的加入范围为0.3%~2.5%;ρ-Al2O3微粉-硅微粉结合系统中硅微粉加入量固定为0.3%,ρ-Al2O3微粉的加入范围为1%~10%。检测1000℃3h、1350℃3h、1600℃3h处理后试样的冷态耐压强度、体积密度、显气孔率、加热永久线变化率等物理指标和抗渣侵蚀和渗透性能,研究3种结合系统对刚玉-MgO浇注料的物理性能和抗渣性能的影响。试验结果表明:合理控制基质中结合剂的加入量可以获得综合物理性能优良的无水泥刚玉-MgO浇注料;硅微粉和ρ-Al2O3微粉-硅微粉结合刚玉-MgO浇注料的抗渣性能优于铝酸钙水泥-硅微粉结合刚玉-MgO浇注料。     

莫来石结合莫来石-刚玉质高温推板的研制

以莫来石、刚玉为复合骨料, 用铝胶、α-氧化铝微粉、无定型硅微粉合成莫来石作为结合基质制的高温推板中,用少量添加剂促进晶须状莫来石的形成.研究结果表明用此方法合成的莫来石作为推板的结合基质, 推板经两次热震后(1 100 ℃～水温)抗折强度可达78%.     

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.