纯铝酸钙水泥对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉、电熔尖晶石、Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥(Secar71)为基质,研究了纯铝酸钙水泥加入量对刚玉-尖晶石浇注料常温性能、高温强度和抗热震性能的影响.用X射线衍射仪分析了材料的物相组成.结果表明: 随纯铝酸钙水泥加入的增加,烧后试样的抗折强度先增加后降低.1600 ℃烧后试样的热态强度在600～1000 ℃时变化不大,1000 ℃后快速下降.随纯铝酸钙水泥含量的增加,热震后试样的残余抗折强度和残余抗折强度保持率增加,抗热震性有所改善;纯铝酸钙水泥对浇注料的性能有显著的影响,主要与水泥中的CaO与Al2O3之间的反应产物有关.     

氯化镁对铝酸钙水泥结合浇注料性能的影响

为了改善铝酸钙水泥结合浇注料的高温体积稳定性,以w(Al2O3)≥99.5%的板状刚玉为骨料,w(Al2O3)≥99.7%的活性Al2O3微粉和板状刚玉细粉(≤0.044 mm)为基质,以铝酸钙水泥Secar 71为结合剂,添加适量氯化镁制备铝酸钙水泥结合浇注料,分别在1 100℃3 h和1 450℃3 h进行热处理,测定浇注料试样的常温物理性能,并分析基质试样的物相组成和显微结构。结果表明:氯化镁的加入会导致浇注料经高温处理后的体积密度下降,显气孔率升高,并降低浇注料高温处理后的力学性能;但是,含氯化镁的浇注料经高温处理后的线膨胀较小。通过显微结构分析发现,在含氯化镁的浇注料基质中有发育良好的板片状CA6,氯化镁分解所产生的孔隙可以为高温下CA6的形成提供部分可膨胀的空间,从而降低CA6形成所带来的体积膨胀,有利于改善浇注料经高温处理后的体积稳定性。     

纳米CaCO_3对刚玉基浇注料强度及显微结构的影响

以电熔白刚玉颗粒及细粉、α-Al2O3微粉、水合氧化铝、纳米CaCO3或铝酸钙水泥为原料,研究了纳米CaCO3加入量对刚玉基浇注料矿相、强度和显微结构的影响,并与相同CaO含量的含铝酸钙水泥的浇注料进行了对比.结果表明:处理温度高于900℃时,含纳米CaCO3和含铝酸钙水泥的2种混合物的矿相相同,但新矿相的生成机理、形态及其分布状态不同;随处理温度的升高,水泥水化物脱水并且在其内部发生反应,生成铝酸钙系矿物,直到其自身Al2O3含量不足时(温度>1400℃后)才开始和周围的Al2O3反应,生成的CA6呈簇团状分布在浇注料中.纳米CaCO3在刚玉基浇注料中的变化过程为:800℃烧后纳米CaCO3分解成CaO,并与Al2O3反应生成无定形铝酸钙,产生原位结合;随温度升高,铝酸钙逐渐和更多的Al2O3反应,直到1600 ℃后完全生成板状CA6,并均匀分布在浇注料中.与铝酸钙水泥相比,由于纳米CaCO3粒度小,分散均匀度高且和Al2O3的反应机理不同,因而含纳米CaCO3的刚玉基浇注料具有较高的冷态和热态抗折强度,在800～1100℃之间更为显著.     

六铝酸钙引入形式对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为探究六铝酸钙在钢包浇注料中应用的可行性,以板状刚玉、电熔尖晶石、活性α-Al2O3微粉、预合成六铝酸钙及纯铝酸钙水泥为原料制备刚玉-尖晶石浇注料。在保证Ca O、Mg O、Al2O3成分一致的情况下向浇注料中通过两种方式引入六铝酸钙(直接加入预合成六铝酸钙,通过Secar 71水泥与活性α-Al2O3微粉高温煅烧时原位生成引入六铝酸钙),并研究了1 550℃保温3 h烧后试样的物相组成、显微结构和性能。结果表明:引入原位生成六铝酸钙的浇注料的高温性能与直接加入预合成六铝酸钙的浇注料相差不明显,引入预合成六铝酸钙的浇注料传热慢、保温性能好,但是抗剥落性有可能劣化。     

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。     

Al2O3-MA-SiC-C质浇注料的抗渣性能

以电熔白刚玉、镁铝尖晶石、SiC细粉、活性α-Al2O3微粉、球状沥青、Si粉、ρ-Al2O3、氧化硅微粉和铝酸钙水泥为原料制备了Al2O3-MA-SiC-C质浇注料。振动浇注成型后采用静态坩埚法测定了浇注料抗渣侵蚀性,利用X射线衍射、电子探针仪和能谱等手段分析了1500℃埋炭处理3h后试样的物相、显微结构和微区成分,以研究结合剂种类(ρ-Al2O3 氧化硅微粉和铝酸钙水泥 氧化硅微粉)、尖晶石和SiC的加入量对浇注料抗渣性能的影响。结果表明:采用ρ-Al2O3 氧化硅微粉结合的浇注料的抗渣性能明显高于采用铝酸钙水泥 氧化硅微粉结合的,这主要与其在高温下形成的物相有关;随着镁铝尖晶石加入量的增多,浇注料的抗渣性能总体上呈升高趋势;随着SiC加入量的增多,浇注料的抗渣性能显著提高,当SiC加入量(质量分数,下同)为25%时,浇注料的抗渣性能最好;加入过多的镁铝尖晶石和SiC对浇注料的抗渣性能不利,这主要同高温下材料中MgO-Al2O3-SiO2系低熔物的形成有关。     

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.     

纯铝酸钙水泥对镁铝钛系浇注料性能的影响

以镁铝钛电熔合成料颗粒和细粉(w(MgO)76.09%,w(Al2O3)15.67%,w(TiO2)5.05%)、镁砂细粉(w(MgO)>97.1%)、纯铝酸钙水泥(Secar71)、SiO2微粉、SiC细粉(≤0.074mm)及活性氧化铝微粉为原料制成镁铝钛系浇注料,研究了纯铝酸钙水泥含量(分别为2%、4%、6%)对镁铝钛系浇注料性能的影响,结果表明(1)水泥结合的镁铝钛浇注料具有较好的常温物理性能和抗水泥熟料侵蚀的性能,本试验条件下水泥加入量以<4%为宜;(2)高温下镁铝钛电熔合成料存在TiO2的脱溶现象,而脱溶可能对浇注料的理化性能产生影响;(3)在水泥结合镁铝钛系浇注料中加入SiC,对于抑制浇注料收缩是有益的。     

硅铝凝胶粉结合SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料

以电熔致密刚玉和碳化硅为骨料,硅铝凝胶粉、氮化硅粉、硅粉为细粉,制成SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料,研究了硅铝凝胶粉的加入量分别为1%、3%、5%(质量分数,下同)时对此浇注料的烧结性能、力学性能的影响.结果表明采用硅铝凝胶粉取代纯铝酸钙水泥作结合剂,可使SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料在经中温、高温热处理后的常温抗折强度及耐压强度较大提高,中温、高温强度提高幅度更大.另外,随着硅铝凝胶粉加入量的增加,浇注料的常温及高温强度呈先增大而后减小的趋势.由X射线衍射和扫描电镜分析结果可知,硅铝凝胶粉的加入既有利于降低β-SiAlON的生成温度,又可以减少材料中的低熔物质.分布均匀、发育良好的粒状β-SiAlON的形成是SiAlON增强Al2O3-SiC-C浇注料较水泥结合浇注料强度高的根本原因.     

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。     

Thermodynamic evaluation and properties of refractory materials for steel ladle purging plugs in the system Al2O3-MgO-CaO

The influence of iron oxide in the phase relationships of Al₂O₃-MgO-CaO and Al₂O₃-MgO purging plug refractory material has been studied by the thermodynamic analysis tool FactSage. Results showed that the system without CaO to be advantageous on the onset temperature of liquid phase, and on the liquid content at defined chemical composition and temperature. Therefore, CaO negatively influences the iron-rich slag resistance of the purging plug material. Analysis of used purging plugs proved the thermodynamic results. They showed that spinel solid solution and calcium hexaluminate as stable phases were formed in the reaction with iron oxide slag.Corundum-spinel castables with and without calcium aluminate cement were investigated in the laboratory to compare the relevant technical properties. In the cement bonded castable, the curing and drying strength are increased by increasing the cement content. However high cement addition requires higher water demand, which results in higher open porosity and a lower hot modulus of rupture (HMoR). In the CaO-free, no-cement castable with hydratable alumina binder, the water demand is slightly higher when compared to the ultra-low cement castable. However, the curing and drying strength are still slightly higher for the no-cement castable. As there is no significant difference in HMoR with various hydratable alumina binder additions, low dosage of such binder in the range of two to four percent is normally recommended to avoid excessive water addition. Cement bonded castables (with CaO) show some advantages to the no-cement castable (non-CaO) regarding HMoR, however the no-cement castable could have advantages regarding the iron-rich slag resistance and thermal shock resistance.     

煅烧温度及配料对纯铝酸钙水泥性能的影响

以石灰石和工业氧化铝为原料，研究了煅烧温度及配料组成时纯铝酸钙水泥性能的影响、结果表明，当ω(Al2O3)低于76％时，随配料组成中ω(Al2O3）的增加，CA2矿物的形成量增加，水泥的凝结时间延长且强度降低；随煅烧温度提高，水泥的凝结时间延长但强度提高，尤其是3d，7d强度；掺少量BaO，ZnO可缩短水泥的凝结时间但强度降低。     

烧结工艺参数对铝酸钙炉渣体系物化性能的影响

在铝酸钙炉渣最佳物料配比条件下,应用XRD和激光粒度分析等手段研究了温度和保温时间对铝酸钙炉渣体系物相组成、粒度和氧化铝浸出性能的影响. 结果表明,当温度低于1450℃时,炉渣处于固相反应区,反应速度缓慢,并含有相当一部分的难浸物质2CaO×Al2O3×SiO2,降低了炉渣的自粉率和浸出性能. 当温度在1450℃以上时,炉渣中出现液相,反应速度加快且进行比较完全;炉渣主要物相为12CaO×7Al2O3和g-2CaO×SiO2,自粉和浸出性能良好. 保温时间对炉渣物相和粒度影响不大,但略微降低了氧化铝浸出率.     

水热合成-低温煅烧活化低钙铝酸盐水泥的研究

采用Al2 O3和CaO为原料 ,在实验室常压下水热合成水化铝酸钙 ,然后低温煅烧制备活化低钙铝酸钙水泥。结果表明 :可制备以CA2 为主的低钙铝酸盐水泥 ,降低熟料烧成温度 ,产品较传统烧结法产品活性高、强度高     

无水硫铝酸钙矿物的合成及形成机制

用化学试剂CaCO3,Al2O3,CaSO4·2H2O制备无水硫铝酸钙(C4A3 (S-))单矿物,借助化学分析法、X射线衍射、差热-热重分析及扫描电镜-能谱仪等研究了C4A3 (S-)矿物的形成机理.研究表明:C4A3 (S-)矿物分别是通过3种不同途径形成的;在煅烧温度低于1 100 ℃时,C4A3 (S-)矿物主要是由CaO,Al2O3,CaSO4直接通过固相反应形成;在煅烧温度高于1100 ℃时,C4A3 (S-)矿物是通过中间矿相七铝酸十二钙(C12A7)或铝酸一钙(CA)的形成而形成的.     

eρ-Al2O3和铝酸盐水泥对磷酸铝结合高铝浇注料性能的影响

以优质高铝矾土或板状刚玉、烧结α-Al2O3微粉为主要原料,采用磷酸铝和ρ-Al2O3为固化剂,研究铝酸盐水泥和ρ-Al2O3对磷酸盐结合高铝质浇注料性能的影响。结果表明,单独采用ρ-Al2O3为固化剂其硬化效果差,且随ρ-Al2O3加入量的增大,施工性能降低;单独采用铝酸盐水泥不利于浇注料的高温性能;而采用ρ-Al2O3和铝酸盐水泥复合固化硬化效果好,且浇注料综合性能比单独使用ρ-Al2O3或铝酸盐水泥均有显著提高。     

水泥窑用低水泥浇注料性能的研究

以矾土为主要原料,铝酸钙水泥和硅微粉为结合系统,研究了不同热处理温度对水泥窑用低水泥浇注料性能的影响。试样自然干燥24h脱模后,再经110℃烘干24h,分别于300℃、500℃、700℃、900℃、1100℃、1300℃和1500℃热处理3h。检测各温度热处理后试样的体积密度(B.D)、线变化率(P.L.C)、常温抗折强度(M.O.R)、常温耐压强度(C.C.S)、常温耐磨性能以及试样的热膨胀系数和抗热震性能。结果表明,随着热处理温度的提高,水泥窑用低水泥浇注料的体积密度呈现先减小后不变再增大的变化规律;线变化率呈现收缩先增大后减小再增大的变化规律;常温抗折强度和常温耐压强度呈现先增大后减小再增大的变化规律。水泥窑用低水泥浇注料经过1500℃热处理后的磨损量小于经过1300℃热处理后的磨损量。水泥窑用低水泥浇注料具有相对优良的抗热震性能。     

热处理温度对轻质浇注料性能的影响

以超轻氧化铝质骨料为主要原料,铝酸钙水泥为结合系统,研究了不同热处理温度对轻质浇注料性能的影响。结果表明,随着热处理温度的提高,轻质浇注料的体积密度呈现先减小后增大的趋势;在经过1000℃～1500℃热处理后,线收缩率呈现先减小后增大的变化规律。轻质浇注料的抗折强度和耐压强度随着热处理温度的提高呈现先减小后增大的趋势,热膨胀系数随着热处理温度的提高呈现先减小后增大又减小的变化规律。     

CaO含量对刚玉质浇注料性能与显微结构的影响

通过控制铝酸钙水泥加入量,研究了CaO含量分别为0、0.5%、1.3%、1.7%、2.5%、3%、3.5%、4.9%、5.6%和7.5%时对刚玉质浇注料烧结性能、抗热震性和显微结构的影响,同时借助XRD、SEM、EDS和高温热膨胀仪等手段对浇注料的物相变化、热膨胀系数和显微结构进行了分析和观察。结果表明:刚玉质浇注料中CaO含量显著影响着浇注料的烧结性能、抗热震性及其显微结构,当CaO含量低于2.5%时,随着CaO含量的增加,浇注料中片状CA6逐渐增多,并伴随着大量的体积膨胀,导致浇注料体积密度下降,显气孔率上升;当CaO含量超过2.5%时,随着CaO含量增加,浇注料中CA2相含量增加,CA6相含量逐渐减少,浇注料体积密度开始增加,显气孔率下降,线膨胀率减小,CaO含量高于5.6%的浇注料出现了收缩;刚玉质浇注料的抗热震性与显微结构密切相关,CaO含量为4.9%～7.5%的刚玉质浇注料具有很好的抗热震性,这是由于浇注料基质中粒状CA2与片状CA6相互穿插,刚玉骨料边缘片状CA6向基质中生长,强化了基质与骨料的结合,同时CA2相具有低膨胀性,导致浇注料具有较高的强度保持率和抗热震性。     

新型结合剂SioxX-Zero对喷煤管用无水泥浇注料显微结构和性能的影响

喷煤管是水泥回转窑的关键承力部位,长期承受高温熟料粉尘和气流的剧烈冲刷,需具备优异的高温力学性能。本工作分别以新型SioxX-Zero和传统铝酸钙水泥为结合剂,采用板状刚玉、α-Al₂O₃微粉和碳化硅等为主要原料,分别在1 100 ℃和1 400 ℃热处理3 h,制备了喷煤管用无水泥和低水泥结合Al₂O₃-SiC质浇注料,并研究了新型SioxX-Zero结合剂对浇注料显微结构、常规物理性能和高温力学性能的影响。结果表明:与传统铝酸钙水泥相比,SioxX-Zero能有效提高浇注料流动值和延缓流动值衰减,改善其施工性能。同时,含SioxX-Zero的Al₂O₃-SiC质浇注料中原位生成了数量较多、尺寸较大的针状莫来石,大幅改善了材料的常温抗折/耐压强度、高温抗折强度和高温耐磨性能。