防止浇注料中镁砂水化的措施

氧化镁烧结料（镁砂）具有极其良好的抗碱性侵蚀的性能，但对含镁的砂的浇注料的使用来说，浇注料中镁砂的水化，一直是一个主要的障碍。至今，已采取过各种措施。试验结果证明，加入微细硅石、硼酸和有机化合物等，可以减少浇注料中镁砂的水化。已经制成了大尺寸无裂纹的浇注料，并且阐明了水化机理。     

添加柠檬酸对含氧化镁耐火浇注料的抗水化性能影响

在氧化镁耐火浇注料的加工过程中,水化反应是一个关键问题。水化反应往往伴随着材料的体积膨胀,而体积膨胀会引发裂缝,甚至在首次加热时产生爆裂现象。柠檬酸(CA)和其他螯合剂在氧化镁颗粒表面可形成一种不溶性柠檬酸镁的保护涂层,会显著降低MgO在水悬浮液中的水化速率。在本研究中,利用水化测试、机械强度和表观体积膨胀测试以及热重分析,对柠檬酸作为耐火浇注料抗水化添加剂的性能进行了评价。实验结果表明,柠檬酸的有效性在很大程度上取决于柠檬酸加入量以及柠檬酸和其他原料的反应程度,尤其是铝酸钙水泥。     

新型MgO-C浇注料的开发

利用纯碳作结合剂开发了MgO-C浇注料,而且其中的含水量较低（4%-5%）。该结合剂系统由特殊的树脂和其它炭素物质组成。这两种组分可保证结合剂具有一定的强度。在高温分解之后,凝固的浇注料中除了含有碳和氧化镁之外,不含任何其它组分。当含水量较低及在最佳的干燥制度和成型方法情况下氧化镁几乎不发生水化。     

中间包用碱性挡渣堰砖的开发与应用

在炼钢工艺中为了开发中间包用高性能碱性挡渣堰砖,研究了原料、结合剂和添加剂对镁质浇注料的水化和高温性能的影响。高铝水泥结合的镁质浇注料,在干燥过程中由于镁砂的水化作用而引起裂纹的发生和扩展,通过使用尖晶石砂代替氧化镁粉使水化得到了抑制。以Na_2O·2CaO·P_2O_5(NC_2P)结合的浇注料,虽然没有因镁砂的水化而产生裂纹,但是高温抗折强度变低。在高温下NC_2P结合的浇注料的机械性能通过使用SiO_2含量低的镁砂而得到了改进。     

低水泥浇注料的凝固性能与结合剂系统内部相互之间的关系

设计了一个实验过程以便寻找出结合剂内部之间的相互作用对低水泥浇注料的凝固性能（流动减弱和强度）所产生的影响。混合后，被研究的结合剂的特点在于两个放热反应，其动力学与相应的低水泥浇注料的性能有关。短期的反应伴随着浇注料的流动减弱，而长期反应则伴随着水化作用产生的大量沉淀和强度的改善。填充物和外加剂的特性对这些反应的动力学也有所影响。     

铝酸钙水泥和水合氧化铝水凝剂在镁质耐火浇注料中的作用

铝酸钙水泥(CAC)和水合氧化铝(HA)在含水悬浮体中的作用是用来改善氧化镁水化反应的性能。利用所测pH值、表观体积膨胀、机械强度和气孔率以及水化-脱水实验来说明结合剂量的变化对耐火浇注料水化反应的影响。把对无结合剂、无MgO、无MgO和结合剂的试样所进行的测试作为参考。结果发现,通过使用结合剂并控制其添加量可以把MgO水化反应的有害影响尽可能降至最低。     

温度和同离子效应对MgO水化的影响

镁质耐火浇注料受到广泛的技术关注,这是因为MgO的固有性能（如耐火度高、抗碱性渣的腐蚀）,从而使不定形耐火材料具有通用性和易施工的优点。然而,MgO易与水反应生成Mg（OH）2,并伴随着较大的体积膨胀,限制了它在耐火浇注料中的使用。为了在溶体中把这种影响降到最低,需要对反应中所包含的主要变化有很好的了解。本研究评估出了温度和化学平衡移动（同离子效应）对MgO水化的影响。在不同温度下,通过离子导电率的测量显示出MgO水化反应随温度升高而加剧。另外,本文还评估了加入不同化合物对水化率的影响,其中,CaCl2使水化延缓,而KOH具有相反的性能。MgCl2和MgSO4显示出了相似的结果和其它两个明显影响——反应延缓和加快,这主要依赖于它们在悬浮体中的浓度。根据反应动力学和热力学,以及由水化反应引起的试样机械损坏,评估出了这些结果。     

轻烧氧化镁水化动力学

研究了不同温度下轻烧氧化镁试样和70℃碱性溶液中氧化镁的水化程度和水化时间的关系.并通过测定悬浮液的离子积常数对结果进行分析.实验表明,在不加添加剂的情况下,氧化镁的水化程度随水化时间的延长呈明显增长的趋势;加入不同的碱性添加剂,水化反应早期的水化程度有所提高,水化反应中后期的水化程度增长缓慢.OH-的加入有利于溶液离子积常数的提高,轻烧氧化镁水化过程是化学反应控制,可用方程α=1-exp(-kt)表示,氧化镁水化反应活化能为59.2 kJ/mol.     

水合氯化镁焙烧得到的氧化镁的水化研究

通过正交试验,考察反应温度、反应时间、氧化镁与反应液的固液比、水化剂对水合氯化镁焙烧得到的氧化镁水化的影响.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸附来表征产品.实验结果表明,氧化镁水化的最优组合是:反应温度为90℃,反应时间为4h,固液质量体积比为0.1 g/mL,水化剂采用氯化镁.水化剂、反应温度和反应时间对氧化镁水化的影响较大.反应温度升高,氧化镁的水化率增加;反应时间越长,氧化镁的水化率越高.反应温度对比表面积的影响比反应时间的影响大,而且70℃时得到的产品的比表面积最大,90℃时次之,50℃时最小.在常压条件下通过氧化镁水化制备高质量的氢氧化镁是比较困难的.     

20℃下碳酸钙微粉对铝酸钙水泥水化行为的影响

采用板状刚玉颗粒和细粉、α-Al₂O₃微粉、碳酸钙微粉、铝酸钙水泥（CAC）等原料制备了刚玉质浇注料,研究了20℃下碳酸钙微粉对CAC水化速率、水化产物的相组成和显微结构的影响,同时也探究了碳酸钙微粉加入量（0～1.5%,w）对CAC结合刚玉质浇注料养护过程中强度的影响。结果表明：在20℃下,未加入碳酸钙微粉时,CAC水化速率较慢,水化产物主要为针柱状的CAH₁₀;加入碳酸钙微粉后,CAC水化速率明显提升,且其主要的水化产物从针柱状的CAH₁₀转变成片状的C₄ACH₁₁。碳酸钙微粉的引入加速了CAC的水化,使得水化产物数量增多,CAC结合浇注料的养护强度显著提升。     

Al2O3-MgO质耐火浇注料的铝酸钙水泥来源评估

氧化铝-氧化镁耐火浇注料结合相为铝酸钙水泥,在1 200℃以上,生成原位尖晶石（MgAl2O4）、CA2和CA6而表现出膨胀特性。用石灰含量更少（20%CaO）的水泥替代所用的典型水泥（30%CaO）可控制体积。改变水泥来源也将影响浇注料的许多性质,基于此,评估了水泥来源对工艺步骤和氧化铝-氧化镁浇注料性能的影响。指出,每种水泥来源在整个工艺步骤中有其特殊的性能,并强调了为得到工作环境下所要求的性能选择合适水泥来源的重要性。     

以轻烧氧化镁制备六角片状氢氧化镁的研究

以盐湖产不同粒径轻烧氧化镁为原料,通过水化水热法制备六角片状氢氧化镁。考察了不同的反应温度、反应时间、搅拌速度和固液比对氧化镁水化率、制得氢氧化镁形貌、粒径的影响。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、激光粒度仪等对所制得的氢氧化镁颗粒的物相、形貌和粒度进行了分析,同时把不同原料所得氢氧化镁用在聚乙烯（PE）中检测其阻燃性能。结果表明通过控制反应温度、反应时间、搅拌速度和固液比,氧化镁原粉的水化率可以达到95%,氧化镁细磨粉的水化率可达到100%,得到的氢氧化镁均呈现六角片状,但粒径尺寸存在差异。用在PE中,细粒径的氢氧化镁分散性更好,阻燃效果更明显。     

水化放热曲线在研究铝酸钙水泥和浇注料中的应用

为了预测水泥或浇注料的凝结性和强度发展趋势,取1500g按一定程序搅拌好的水泥胶砂或浇注料,迅速倒入模具中,振动10s后置入j-型热电偶,由计算机绘制出其水化放热曲线。浇注料的水化放热曲线形貌不仅能反映水泥的矿物组成和反应活性,而且能反映浇注料中其他原材料(如骨料、氧化铝或二氧化硅微粉和外加剂等)和作业环境对水泥及浇注料的影响,为此可用于水泥与浇注料流变特性的研究和控制,同时也为浇注料用原材料的甄选提供了一种有用的工具。     

不同外加剂对氧化镁水化的影响

本文研究了外加剂种类对氧化镁水化反应的影响。通过水化试样热处理前后的质量变化来表征氧化镁的水化程度,采用X射线衍射仪(XRD)对水化产物物相进行表征,采用场发射场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征了水化产物的显微结构。结果表明:(1)加入氯化铵(NH_4Cl)和四水乙酸镁(Mg(CH_3COO)_2·4H_2O)加快了氧化镁的水化,使得浆体流动性下降,凝结时间变短;(2)加入酒石酸(C_4H_6O_6)能抑制氧化镁的水化,使得浆体的流动性较好,凝结时间较长。     

氧化镁蒸氨反应的动力学和机理研究

以轻烧粉和氯化铵反应为出发点,研究了氧化镁蒸氨反应过程的动力学和反应机理。结果表明：当反应30 min时,70~90 ℃条件下溶液中镁离子浓度约为0.14 mol/L,100 ℃时浓度为0.5 mol/L。XRD结果表明,蒸氨过程中未反应生成Mg2+的氧化镁以氢氧化镁存在于滤渣中。随着煅烧温度的升高,氧化镁水化反应活化能逐渐增加。当煅烧温度为600 ℃时,反应活化能为64.789 9 kJ/mol;当煅烧温度为800 ℃时,反应活化能为81.350 6 kJ/mol。氢氧化镁和氧化镁按不同物质的量比混合进行蒸氨反应时,蒸氨速率随体系中氢氧化镁含量的增加而升高。氧化镁蒸氨体系可分为2个阶段：第一阶段,氧化镁在铵盐体系中进行水化反应生成氢氧化镁,同时部分氧化镁和氢氧化镁进行蒸氨反应生成镁离子;第二阶段,整个体系完全变成氢氧化镁蒸氨体系。     

养护温度对铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料中温性能的影响

为了研究养护温度对铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料中温性能的影响,将制得的浇注料分别在5、10、25、40和50℃养护,110℃烘24 h后分别于800和1 100℃热处理,检测其显气孔率、常温抗折强度和常温耐压强度,并分析了相同条件处理的基质试样的物相组成以及养护温度对浇注料中温强度影响的原因。结果表明:随养护温度的升高,铝酸钙水泥水化程度增加,促进水化产物均匀分布,使水化产物分解后与Al_2O_3反应原位生成CA、CA_2的量增加,因而增强了浇注料的中温强度。     

可水合氧化铝添加量对中温处理后刚玉浇注料强度和显微结构的影响

为弄清可水合氧化铝(HA)结合浇注料中温强度低的原因,以板状刚玉、活性氧化铝粉、HA为原料制备刚玉浇注料。研究了HA添加量(w,1%、3%、6%、9%)和热处理温度(110℃保温24 h, 400、600、800、1 000、1 100和1 250℃保温5 h)对浇注料强度和显微结构的影响。结果表明：1)养护和干燥过程中,HA通过水化反应生成蜂窝状产物勃姆石和拜耳石,起到结构骨架的作用,为浇注料提供强度。2)HA结合浇注料在1 000℃热处理后强度最低;在低于1 000℃时,热处理温度的升高会逐渐破坏水化产物的结构,降低浇注料的强度;高于1 000℃时,浇注料基质中发生了局部烧结,使得强度有所回升。3)提高HA的加入量无法提升浇注料的中温强度,说明中温热处理使得HA的水化产物结构完全坍塌,无法起到结构支撑的作用。     

氧化镁对凝胶结合氧化铝空心球浇注料性能的影响

以不同粒度氧化铝空心球为原料,以由二氧化硅微粉形成的凝胶为结合剂,制成了氧化铝空心球浇注料。在浇注料中添加电熔镁砂,研究电熔镁砂中的氧化镁对凝胶结合氧化铝空心球浇注料性能的影响。     

结合剂对氧化铝-碳化硅-碳质铁沟浇注料力学性能和显微结构的影响

分别以水泥、氧化镁-硅灰和硅溶胶三种结合剂制备了氧化铝-碳化硅-碳铁沟浇注料,借助相关测试标准和SEM、EDS、XRD等测试手段对比研究了三种浇注料的力学性能、显微结构和物相组成.研究结果表明:以水泥和硅溶胶结合的浇注料常温强度较大,以氧化镁-硅灰为结合剂的浇注料常温强度最小;硅溶胶为结合剂浇注料高温抗折强度最大,氧化镁-硅灰为结合剂最小.原因在于:尽管以水泥和硅溶胶为结合剂的浇注料在高温烧成时都生成莫来石,但以水泥结合试样中只是在基质中部分生成莫来石晶体,而以硅溶胶为结合剂试样由于硅溶胶分散性好,脱水后微粒活性更高,在试样中均匀生成了大量交错分布的莫来石晶体,且长径比更大,因此显著提高了高温抗折强度;以氧化镁-硅灰为结合剂的浇注料高温生成镁铝尖晶石、镁橄榄石和堇青石,由于镁铝尖晶石促进了碳化硅的氧化,使得结构疏松,强度降低.     

添加氧化镁对Al2O3—SiC—C浇注料的影响

为了防止Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＣ－Ｃ浇注料的开裂,对添加氧化镁进行了研究,结果发现添加氧化镁对消除由于热震耐产生的裂纹是有效的。这是由于添加氧化镁通过在热表面附近形成液相面减少其弹性模量,提高了浇注料的抗热震性能。