硅钙基固废原料配比及蒸养条件对硅酸钙板力学性能的影响

研究协同利用硅钙渣、粉煤灰、水泥和脱硫石膏制备硅酸钙板时,原料配比、蒸养条件对硅酸钙板力学性能、水化产物的影响,并利用XRD、IR和SEM表征了原料的协同水化历程和水化产物的微观结构和表面形貌.试验结果表明:最佳原料配比为硅钙渣60%、粉煤灰24%、水泥10%和脱硫石膏6%;最佳蒸压养护条件为蒸养温度180℃,恒温蒸养时间8 h,硅酸钙板抗折强度满足国家标准强度的D1.3的Ⅱ级要求;随着蒸养温度升高,原料水化依次生成C-S-H凝胶、托贝莫来石和针状硬硅钙石,大量托贝莫来石和硬硅钙石的生成使得硅酸钙板的强度得以提升.     

AlF3对莫来石-刚玉质窑具性能与显微结构的影响

以莫来石(3~1mm)和刚玉(≤1mm)为骨料,以α-Al2O3(3~5μm)、硅线石(≤0.045mm)、硅微粉(3~5μm)、粘土(≤0.045mm)为基质料,分别外加0、9%和12%的添加剂AlF3(d50=12.03μm),成型后分别在1700℃和1725℃保温4h烧成,制得莫来石-刚玉质窑具试样,然后检测烧成后试样的显气孔率、常温耐压强度、常温抗折强度和抗热震性能,并采用扫描电镜分析烧成后试样的显微结构。结果表明随着AlF3含量的增加,烧成后试样的显气孔率逐渐增大;引入AlF3后,烧成后试样的常温耐压强度、常温抗折强度和热震后抗折强度保持率均提高,且以外加9%的最高,外加12%的次之;加入AlF3的试样在1725℃烧成后,有类似晶须状的柱状莫来石形成,这有利于其强度和抗热震性能的提高。     

硬硅钙石水热合成的形成历程及硝酸锶对它的影响

利用XRD，SEM，TEM等方法对动态水热法合成硬硅钙石的形成历程进行了研究，由C-S-H凝胶不能在高于200℃温度下稳定存在，使硬硅钙石在180℃和220℃时的形成历程不同，配料中加入硝酸锶，提高料浆的离子强度，产生原盐效应，降低了C-S-H凝胶的生成速率，延缓了硬硅钙石的形成，硬硅钙石合成过程中的料浆中固体粒子的ζ电位是不断变化的，加入硝酸锶，可以降低料浆固体粒子ζ电位的绝对值，有利于硬硅钙石纤维状晶体以及团聚体的长大。     

高炉矿渣-粉煤灰-脱硫石膏-水泥制备硅酸钙板的协同水化机理

以高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥为原料,通过搅拌-压力成型-预养-脱模-蒸压养护的工艺流程制备硅酸钙板,研究了原料配方、蒸养时间对硅酸钙板抗折强度的影响,并采用DSC、XRD、IR和SEM等方法研究了混合原料的协同水化历程和水化产物的微观结构.结果表明:高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥最佳配比为50％、5％、25％和20％,最佳蒸压温度和时间分别为180℃和10 h,原料在协同水化历程中依次生成了C-S-H凝胶、片状托贝莫来石、纤维状钙矾石和针状硬硅钙石,硬硅钙石的生成使得硅酸钙板的强度得以提升.     

多晶氧化铝纤维对莫来石—氧化锆陶瓷材料的增强研究

以电熔莫来石、半稳定氧化锆和α-氧化铝微粉为主要原料,制备莫来石—氧化锆陶瓷材料。在材料中分别外加了（V%）0、5%、10%、15%和20%的多晶氧化铝纤维,并将试样在1500℃保温3h烧成,制备出氧化铝纤维增韧的莫来石—氧化锆复相陶瓷。研究了氧化铝纤维对试样的加热线收缩率、常温耐压强度、常温抗折强度和热震稳定性的影响。结果表明：加入适量的多晶氧化铝纤维能够显著降低莫来石—氧化锆复相陶瓷的加热线收缩率,大幅度提高其常温抗折强度和热震稳定性,而常温耐压强度只有轻微下降。     

泡沫法制备莫来石轻质隔热材料及性能

采用红柱石、刚玉、水泥、粘土、硅微粉为原料,加入减水剂、硅溶胶、泡沫及水,通过改变泡沫的加入量在五种不同温度下烧成制备莫来石质轻质隔热材料,测试试样的容重、气孔率、气孔种类和孔径、常温耐压强度、物相组成和显微结构。采用泡沫法制备的轻质隔热材料试样外观致密,内部气孔分布均匀。试样的主晶相为莫来石相,1400℃烧成试样的烧后线变化和常温耐压强度随容重的增加成线性增加;显气孔率逐渐减小,闭口气孔率基本无变化,大概为3%。     

铝粉加入量对铝锆碳滑板材料性能的影响

在铝锆碳滑板材料的常规配方(板状刚玉颗粒、电熔锆刚玉、白刚玉微粉、石墨、板状刚玉粉的质量分数分别为55%、20%、10%、3%、12%,同时外加2.5%和4%质量分数的外加物和结合剂)中,以质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%、10%的金属铝粉等量取代板状刚玉粉,经混练、成型、干燥后,一部分在生产现场与铝锆碳滑板一起埋炭烧成(1 300~1 500℃),再分别在冷水中浸泡25 h和在隧道窑中于1 300~1 400℃重烧;另一部分在实验室电炉中于1 000℃埋炭保温3 h烧成,再在冷水中浸泡25 h。检测不同条件下烧成及再处理后试样的常温耐压强度、质量变化率和加热永久线变化率。结果表明:1)随着铝粉加入量的增加,在上述两种条件下烧成后试样及在上述两种条件下烧成后再经冷水浸泡后试样的常温耐压强度均呈增大趋势,但冷水浸泡后试样的常温耐压强度均比浸泡前减小;2)随着铝粉加入量的增加,在生产现场与铝锆碳滑板一起烧成后试样在隧道窑中重烧后,其常温耐压强度逐渐减小,质量变化率和加热永久线变化率逐渐增大。     

烧成工艺对堇青石-莫来石窑具材料性能的影响

以堇青石、莫来石、高岭土和氧化铝微粉为原料制备堇青石-莫来石窑具材料,研究了烧成温度、保温时间对堇青石-莫来石窑具材料的常温性能、高温抗折强度和抗热震性的影响。并通过XRD分析了试样烧成后的物相变化,通过SEM观察了试样的显微结构。结果表明:随烧成温度从1340℃提高到1400℃,试样的线膨胀率增加,显气孔率增加,常温抗折、常温耐压强度和高温抗折强度增大,但1370℃烧成后的试样的抗热震性最好;对1370℃烧成的试样,随保温时间从3 h延长到5 h,试样的常温性能、高温抗折强度及抗热震性都有所降低。综合分析,在1370℃下保温3 h烧成的试样性能较为优良。     

添加剂对矾土干式捣打料性能的影响

以粒度3-1 mm、≤1 mm和≤0.088 mm的高铝矾土以及硼酸和氧化硼为主要原料,硅酸钠和镁砂为添加剂,手工捣打成型。将成型好的试样分别在1400℃和1500℃下保温3 h烧成,测量烧成后试样的线变化率、显气孔率、体积密度和耐压强度,并采用XRD分析试样的物相组成和SEM观察物相的形貌特征。结果表明:镁砂为添加剂的试样比硅酸钠为添加剂的试样具有更好的高温物理性能,且镁砂含量为1.5%时试样的线变化率小、显气孔率低、耐压强度高。试样在1400℃和1500℃时的线变化率分别为0.74%和-0.36%,显气孔率分别为25.81%和23.72%,耐压强度为44.75 MPa和66.65 MPa。试样在高温时烧结致密作用加强,线收缩率增大,生成尖晶石的固溶体具有较小的热膨胀率,同时由于生成莫来石造成的体积膨胀,使线变化率达到最低。试样内部形成刚玉-莫来石-尖晶石固溶体网络结构,提高了试样的耐压强度。高温下的尖晶石固溶体均匀的分布在液相中,提高了基质部分液相的粘度,有利于提高试样的高温性能。     

硅线石含量对轻质莫来石-刚玉耐火材料的显微结构与性能的影响

以多孔球形莫来石为骨料,板状刚玉细粉、硅线石和粘土为基质,经1400 ℃、1500 ℃和1600 ℃保温3 h烧成,制备了四组轻质莫来石-刚玉耐火材料.采用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对试样的物相组成和显微结构进行表征,研究了烧成温度及硅线石含量(4%、6%、8%和10%)对试样常温物理性能和显微结构的影响.结果表明:(1)当硅线石含量不变时,随着烧成温度的升高,试样的显气孔率逐渐减小,体积密度逐渐增大,线收缩率逐渐增加,常温耐压强度先降低后升高;(2)当硅线石的含量从4%增加到8%时,经1400 ℃烧后,试样的显气孔率和体积密度变化不大,当硅线石含量超过8%时耐压强度显著下降;经1600 ℃烧后,随硅线石含量的增加,试样的体积密度减小,强度降低,线收缩率也由2.5%减小到1.5%;(3)当硅线石含量为6%、烧成温度为1400 ℃时,试样的线收缩率为0.86%,耐压强度为36.1 MPa,热导率为0.249 W/(m·K)(300 ℃),试样基质中气孔的d50为46.7 μm.     

α-Al2O3含量对刚玉-莫来石材料物理性能的影响

以电熔莫来石、板状刚玉为骨料,加入不同量α-Al2O3细粉,在1600℃保温3 h烧成。检测了试样的体积密度、显气孔率、抗折强度、抗热震性,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和EDAX分析了试样的显微结构。结果表明,试样在经过1600℃烧成后,随着α-Al2O3微粉含量的提高,试样体积密度和高温抗折强度呈先升高后降低的趋势,耐压强度逐渐降低;α-Al2O3微粉含量为8%的刚玉-莫来石材料,经1600℃烧成后α-Al2O3颗粒长大,分布均匀,结合紧密,形成连续的交错网络骨架结构,具有较好的物理性能。     

烧成温度对稳定性镁白云石材料性能的影响

为了制备水泥回转窑用烧成稳定性镁白云石材料,以w(MgO)=46.6%、w(CaO)=35.0%的稳定性镁白云石合成料为原料,以纸浆废液为结合剂,经配料、混练、成型、干燥后,分别在1 450、1 500、1 550和1 600℃保温3 h,制成烧成稳定性镁白云石材料,研究了烧成温度对烧成稳定性镁白云石材料性能的影响。结果表明:随着烧成温度由1 450℃提高至1 600℃,烧后试样的线收缩率、致密度、常温耐压强度和常温抗折强度均逐渐增大。但高温抗折强度以1 550℃烧后试样的为最大,挂窑皮性能则以1 500℃烧后试样的为最好。在高温下,水泥熟料中的CaO扩散进入试样中,与试样中的C_2S反应生成C_3S。制备稳定性镁白云石原料过程中加入的稳定剂磷酸钙有利于界面层中的C_2S以稳定的β相存在,避免了因C_2S晶型转化造成的窑皮层开裂和粉化。     

原位莫来石-堇青石复合物的物理机械性能、耐火性能和显微结构

原位莫来石-堇青石复合物是由高岭石、滑石和氧化铝,在堇青石含量为5%￣35%范围内,于1300℃、1400℃和1500℃烧成并保温3h制成。XRD和SEM结果显示莫来石-堇青石复合物在1400℃完全形成。在1500℃所有堇青石转变为莫来石和玻璃相,导致突然致密,在堇青石为20%时达最佳致密。25%￣35%堇青石试样不能显示良好致密,尽管从堇青石分解中形成了大量熔融物。然而由于莫来石颗粒分布均匀和压实的显微结构,在这些试样中可以获得最高的常温耐压强度。在所有烧成温度下所有试样都显示了抗热震性好,而在1500℃烧成的试样显示由于形成了高耐火莫来石相,故荷重软化温度最高。     

高性能镁尖晶石质浇注料的研制

以不同粒度的电熔镁砂(≤8、≤0.088 mm)和铝镁尖晶石细粉(≤0.088 mm)为主要原料,经振动成型制备了一系列镁尖晶石质浇注料试样,探讨了镁质结合剂和活性氧化铝微粉加入量(w)分别为1%、2%、3%、4%和5%时对浇注料试样分别经110、1 000和1 600℃热处理后物理性能的影响,并将优选的合适配方试样与RH炉用烧成镁尖晶石砖进行了常规物理性能、抗热震性能和抗渣性能比较。结果表明:当镁质结合剂加入量(w)由1%增至2%时,试样经不同温度处理后的强度显著增加;但当其加入量超过2%(w)后,试样经不同温度处理后的强度尤其是在1 450℃的高温抗折强度逐渐向相反的方向变化;当活性氧化铝微粉加入量(w)由1%增至3%,试样经110℃热处理后的强度下降较快,但经1 000和1 600℃热处理后的强度和线膨胀率及高温抗折强度却呈现增加的趋势;当加入量超过3%(w)后,试样的高温抗折强度开始下降。研制的镁尖晶石质浇注料经1 600℃处理后具有较高的致密度及骨料和基质间存在微细裂纹的特征,与烧成镁尖晶石砖相比,具有较好的抗热震性能、抗渣性能和较低的高温强度。     

碱激发矿渣水泥水化C-A-S-H凝胶微观结构的研究

通过核磁共振、扫描电镜和纳米压痕技术研究了普通波特兰水泥和碱激发矿渣水泥水化28 d形成的C-S-H和C-A-S-H凝胶的微观结构.结果表明,波特兰水泥水化形成的C-S-H凝胶的结构主要由5链14 nm的托贝莫来石(60％)和2链硅钙石(40％)组成;碱激发矿渣水泥的主要水化产物是C-A-S-H凝胶,随激发剂的性质不同而具有不同的组成和结构:当激发剂为NaOH溶液(Na2 O含量为矿渣质量的4％)时,形成的C-A-S-H凝胶是介于5链14 nm和14链11 nm的托贝莫来石之间的中间结构;当激发剂为水玻璃溶液(Na2 O含量为矿渣质量的4％)时,C-A-S-H凝胶的结构主要由11链14 nm和14链11 nm的托贝莫来石组成,与NaOH作激发剂一样,以水玻璃作激发剂的碱激发矿渣水泥水化的C-A-S-H凝胶不具有超高密度状态.     

单质Si对含TiO2刚玉制品烧结性能和相组成的影响

以电熔白刚玉、α-Al2O3、锐钛矿和单质Si为原料,固定配料中电熔白刚玉和α-Al2O3的质量分数分别为80%和20%,锐钛矿的外加量为6%,分别外加0、 2%、4%和6%的单质Si,经混练、成型、干燥后在空气气氛中于1550 ℃保温3 h烧成,检测烧后试样的显气孔率、体积密度、耐压强度、抗折强度和线变化率,并采用XRD分析烧后试样的相组成.结果表明在刚玉材料中同时加入锐钛矿和单质Si能降低材料的显气孔率,提高材料的抗折强度和耐压强度,并有钛酸铝和莫来石生成;另外,单质Si对材料中的钛酸铝具有较好的稳定作用,但随着单质Si含量由2%增加至6%,材料中的钛酸铝含量减少,莫来石含量增加.     

ρ-Al2O3加入量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响

以烧结莫来石(w(Al2O3)>45%)、电熔莫来石(w(Al2O3)>70%)、刚玉(w(Al2O3)>99%)、α-Al2O3微粉(w(Al2O3)>99.5%)、SiO2微粉(w(SiO2)>92%)、ρ-Al2O3微粉(w(Al2O3)>83.0%)等为主要原料,制备了莫来石-刚玉浇注料试样,经110℃24 h、1 000℃3 h和1 400℃3 h处理,研究了ρ-Al2O3加入量(w)分别为1%、2%、3%、4%和5%对莫来石-刚玉浇注料性能的影响。结果表明:随着ρ-Al2O3加入量的增加,莫来石-刚玉浇注料的体积密度下降,显气孔率增大,抗热震性和抗渣性逐渐变好。110℃24 h处理后强度逐渐增大;1 000℃和1 400℃处理后强度和永久线变化率则是先增加后减小,当ρ-Al2O3加入量为2%时达最大;试样的高温抗折强度先增加后减小,以ρ-Al2O3加入量为3%时最大。     

原位生成柱状莫来石和SiC晶须对Al_2O_3–SiC–C耐火材料性能的影响

以煅烧铝矾土、棕刚玉、板状刚玉、鳞片石墨、碳化硅粉为原料,单质Si粉为添加剂,酚醛树脂为结合剂,制备出Al_2O_3–Si C–C耐火材料。研究了不同热处理温度对材料显微结构及性能的影响。结果表明:在埋碳条件下,1 000℃烧成后样品中有柱状莫来石物相生成;1 400℃烧成后柱状莫来石长径比增大,同时还有Si C晶须生成。热处理温度从1 000℃升高到1 400℃时,样品显气孔率和常温耐压强度变化不明显,但常温抗折强度提高54.73%,达到8.17 MPa,载荷位移量增大近20%。3次热震后残余耐压强度保持率从54.36%(200℃烧成后)提高到89.10%(1 400℃烧成后)。原位生成的Si C晶须和发育良好的柱状莫来石显著提高了样品常温抗折强度、断裂韧性和抗热震性。     

骨料浸渍硅溶胶对矾土基耐火材料性能的影响

为了改善矾土基耐火材料的力学性能和抗热震性能,分别以SiO2含量(w)为15%和30%的硅溶胶对3~1 mm的矾土熟料粗颗粒进行浸渍处理,再与≤1 mm的矾土熟料颗粒、≤0.074 mm的矾土熟料细粉、α-Al2O3微粉、≤0.074 mm的红柱石细粉、≤0.074 mm的广西白泥、纸浆废液等经配料、成型、干燥、烧成(1400、1450和1500℃保温3 h),制得矾土基耐火材料,同时制备了使用未浸渍3~1 mm矾土熟料的空白试样。结果表明:1)随着烧成温度的升高,试样的常温抗折强度和常温耐压强度呈先升高后降低的变化趋势,其最佳烧成温度为1450℃。2)随着浸渍用硅溶胶浓度的提高,试样的烧后线变化增大,体积密度、常温抗折强度和常温耐压强度降低,高温抗折强度、荷重软化温度和抗热震性能提高,这是由骨料表面硅溶胶层中的SiO2与骨料及周围基质中的Al2O3反应生成了莫来石所致。3)当浸渍用硅溶胶中SiO2含量(w)为15%时,材料的综合性能最优。     

加入剂对烧成高铝砖性能的影响

本工作的目的旨在研究含有二氧化硅和莫来石的烧成高铝砖的性能。砖试样系通过混合、成型、干燥和在隧道窑中于1450℃烧成等工序制成。测定了烧成高铝砖试样的体积密度、显气孔率、常温耐压强度、抗折强度及高温抗折强度,并研究了试样的微观结构及相组成分析,探讨了加入剂对热开裂的影响。