红柱石加入量对铝硅质低水泥浇注料性能的影响

为了提高铝硅质低水泥浇注料的高温使用性能,采用红柱石部分取代高铝矾土制备铝硅质浇注料。以特级高铝矾土、红柱石、SiO2微粉、α-Al2O3微粉和Secar 71水泥为主要原料制备了铝硅质低水泥浇注料,并研究了红柱石加入量(质量分数分别为0、10%、20%、30%、40%)对试样性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:随着红柱石加入量的增加,110℃24 h烘干后试样体积密度呈略减趋势,显气孔率和常温抗折强度变化不大;1 350℃3 h和1 500℃3 h处理后浇注料试样永久线变化率和显气孔率呈增大趋势,体积密度和常温抗折强度呈减小趋势;1 500℃3 h处理后浇注料试样的高温抗折强度和抗热震性呈先增大后减小趋势。综合各项性能认为,红柱石的加入质量分数以20%为最佳。     

蓝晶石加入量对高铝质低水泥浇注料性能的影响

以特级高铝矾土和蓝晶石为主要原料,SiO2微粉、铝酸钙水泥为结合剂,制备了高铝质低水泥浇注料。研究了蓝晶石加入量(质量分数分别为0%、2%、4%、6%)对试样性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:随着蓝晶石加入量的增加,110℃、24h烘干后浇注料试样性能变化不大;1 350℃、3h和1 500℃、3h处理后浇注料试样永久线变化率和显气孔率呈增大趋势,体积密度呈减小趋势,常温抗折强度变化不大;浇注料试样的高温抗折强度和抗热震性呈先增大后减小趋势。     

尖晶石组成对刚玉-尖晶石浇注料显微结构的影响

以板状刚玉、铝酸钙水泥、氧化铝微粉和电熔尖晶石细粉(AM70、AM85、AM90)为主要原料,设计了三组Mg O含量均为1.4%(w)、含不同组成尖晶石的刚玉-尖晶石浇注料,分别经1 500℃保温5 h和1 650℃保温5 h热处理后,研究了尖晶石组成对刚玉-尖晶石浇注料显微结构的影响。结果表明:在热处理过程中,AM70尖晶石与其周围刚玉相发生固溶反应,使尖晶石和刚玉烧结在一起,浇注料中尖晶石、CA6相通过刚玉相以多种结合方式联结;AM85和AM90尖晶石发生脱溶析出刚玉相,刚玉相再与周围水泥在尖晶石颗粒边缘反应生成CA6,形成尖晶石-CA6结合,浇注料中尖晶石和刚玉通过CA6联结。     

埋炭热处理时Al_2O_3-SiC-TiO_2-C浇注料的物相演变

为了探明可否通过原位反应在Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料中合成碳氮化钛,在Al2O3-SiC-C浇注料常规配方中直接加入6%质量分数的TiO2制备了Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料,结合1 100~1 500℃下埋炭热处理后浇注料的物相组成分析结果及热力学计算,研究了Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料的物相演变过程。结果表明:在热处理温度为1 100℃时,体系内的主要变化为锐钛矿向金红石的转变过程;加热至1 200℃后,体系内的单质硅则可以完全与碳反应生成SiC;当温度升至1 300℃时,体系内的金红石TiO2开始被还原而转变为Ti3O5,同时铝酸钙水泥的主要组分CaO、Al2O3与SiO2之间也开始相互反应生成钙铝石榴石相;温度升高至1 400℃后,莫来石相开始生成,同时Ti3O5继续被还原并氮化转变为碳氮化钛;1 500℃时,已经不再有新相生成,但莫来石和碳氮化钛的量明显增多,且晶格发育更加完善。     

CaO-Al_2O_3-SiO_2系统中新型低水泥和超低水泥铝硅质耐火浇注料的组成和特性

与传统的CaO-Al2O3-SiO2系统中的RCC和MCC相比较,评估了氧化铝含量为60%-99%的新型低水泥（LCC）和超低水泥（ULCC）铝硅质耐火浇注料。当预热至1 000℃时,新型的ULCC和LCC浇注料通常显现出较低的线变化率和耐压强度。当预热至1 500-1 600℃时,ULCC和LCC也会显现出较高的体积密度及可以接受的耐压强度。制备含量为97%-99%的刚玉浇注料以及含量较少的CAC71（3%-6%）、WOC（6%-7%）和玻璃相,并建议在≥1 600℃下应用。同时,制备相同LCC和ULCC的硅石（60%-65%Al2O3）和铝矾土（85%-88%Al2O3）及其较高的WOC（7%-11%）和较低的耐火粒度级配,并尽可能地在1 500℃以下应用。     

铝酸钙水泥结合莫来石-碳化硅浇注料的组成及性能

采用烧结莫来石、Secar71水泥及SiC为原料,制备了不同水泥和SiC含量的莫来石质浇注料,研究了浇注料的常温物理性能、热导率及热震稳定性,并借助XRD和EDS研究了材料的物相组成和显微结构.结果表明:随着水泥的加入,浇注料110℃ 24h显气孔率降低、抗折强度逐渐提高;1100℃ 3h和1400℃ 3h抗折强度呈现出先增大后逐渐减小的趋势,当水泥量为25%(质量分数,下同)时,浇注料的显气孔率最高,同时抗折强度达到最大值.随着水泥加入量的增多,浇注料的热震稳定性稍有降低,当水泥量超过25%后,浇注料的热震稳定性逐渐恢复;通过加入5%～10%的SiC,浇注料的热震稳定性明显改善.浇注料的性能同其物相组成及显微结构相关.     

铝酸钙水泥对刚玉基浇注料性能的影响

以电熔白刚玉颗粒及细粉为主要原料,α-Al2O3微粉、铝酸钙水泥以及Alphabond300为结合系统,研究了铝酸钙水泥加入量(质量分数分别为0、0.75%、2.25%和3.75%)对刚玉基浇注料性能的影响。结果表明:1)水泥的加入使浇注料基质的粘度增大,浇注料的流动性降低。2)随着水泥加入量的增加,110℃以及800℃处理后的冷、热态抗折强度均逐渐提高;1 100℃、1 400℃和1 600℃烧后的冷、热态强度均先降低后升高,其中水泥加入量(质量分数,下同)为0.75%时值最小。3)随着水泥含量的增加,浇注料抗热震性提高。4)少量水泥的加入使浇注料的抗渣性能降低,进一步增加水泥加入量,浇注料的抗渣性能逐步改善;在本试验范围内,水泥加入量为3.75%的浇注料和不含水泥的浇注料抗渣性能基本相当。     

含971U型硅微粉自流浇注料的制备与表征

研制了一种新型的含971U型硅微粉的自流低水泥棕刚玉浇注料组成。当加水量为4.6%时,获得了最佳流动特性。该材料在高达1 500℃的不同烧成温度下进行了煅烧。为了了解烧成温度和相应相的影响,用X射线衍射、扫描电子显微镜、体积密度(BD)、显气孔率(AP)、吸水率(WA)、常温耐压强度(CCS)和自流流动性对当前浇注料进行了表征。结果表明,从110℃到1 500℃逐渐提高烧成温度,由于浇注料的致密化,使得AP值和WA值降低,CCS性能提升。     

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。     

不同添加剂对镁质浇注料性能的影响

以电熔镁砂和高纯镁砂为主要原料制备了镁质浇注料,研究了不同添加剂对镁质浇注料性能的影响。研究结果表明,5种添加剂中,加入氧化铝微粉的镁质浇注料经1 100℃和1 500℃烧后的体积密度最大,浇注料基质中形成的方镁石/镁铝尖晶石复相结构有利于提高试样的抗热震性。加入氧化铬、铝铬渣和焦宝石的镁质浇注料,其抗热震性均高于未加入添加剂的镁质浇注料的该项性能。     

不同结合体系刚玉基浇注料的脱水行为

分别将水合结合、水合+凝聚结合、凝聚+水合结合和凝聚结合的刚玉基浇注料成型和室温下养护后称量,再依次称量110℃干燥后以及从200℃开始每间隔100℃至1000℃热处理后的质量,以质量损失和变化快慢来反映浇注料在养护和加热过程中的脱水行为。借助XRD、TG和DTA对各浇注料基质浆体的脱水行为和相组成进行分析。浇注料的脱水可分为剧烈、平缓和完成3个阶段。水合结合主导的水泥结合的浇注料和低水泥浇注料的脱水相似,3个脱水阶段分别为室温～300℃、300～600℃和600℃以上。以凝聚结合主导的二氧化硅微粉和水合氧化铝结合的浇注料、MgO-SiO2-H2O结合的浇注料及超低水泥浇注料的脱水行为相似,3个脱水阶段分别为室温～110℃烘干、110～400℃和400℃以上。     

TiO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉粉、电熔尖晶石粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥、金红石型TiO2为基质,按骨料、基质质量比为70:30配料,用金红石型TiO2替代≤0.044 mm电熔白刚玉细粉,其加入量(w)分别为0、2%、4%和6%,加水混匀后振动浇注成25 mm×25 mm×125 mm的试样,于室温下养护24 h后脱模,经110℃24 h烘干后,分别经1 100、1 300、1 500℃热处理3 h后,进行常温物理性能、热态抗折强度、抗热震性的研究,并利用SEM对部分试样在1 400℃下高温抗折强度试验后的断口形貌进行分析。结果表明:(1)1 300和1 500℃烧后试样基质中主要物相为刚玉、尖晶石、钛酸铝和六铝酸钙;随TiO2加入量的增加,TiO2与Al2O3反应生成的钛酸铝衍射峰强度逐渐增加。(2)加入TiO2对1 100和1 300℃烧后刚玉-尖晶石浇注料的显气孔率、体积密度和线变化率影响较小;但使1 500℃烧后浇注料的显气孔率降低,体积密度增加,体积变化从微膨胀到收缩。(3)加入2%TiO2可明显提高浇注料的常温强度,但加入量>4%时明显降低了浇注料的常温强度。(4)加入TiO2对浇注料的高...     

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。     

柠檬酸在低水泥浇注料中的应用研究

本文以80均质矾土为低水泥耐火浇注料的主要原料,纯铝酸钙水泥为结合剂,研究了柠檬酸对低水泥耐火浇注料可施工时间、试样脱模强度及热处理后试样常温强度性能的影响,实验结果表明:柠檬酸在适宜掺量下能够明显延长低水泥耐火浇注料的可施工时间,但会使低水泥耐火浇注料的脱模试样与110℃×24h烘干试样的强度有一定程度的降低,而对1 100℃×3h和1 300℃×3h热处理后试样的强度影响并不明显。     

养护方式对水合结合高铝质浇注料性能的影响

为提高水泥的水化程度,以特级矾土、纯铝酸钙水泥、硅微粉和氧化铝微粉为原料制备了水泥含量(w)分别为3%、6%、10%的高铝质浇注料。采取空气中自然养护、在纯净水中自然养护、抽真空后在纯净水中养护三种方式,保存0~20 d后,测试110℃保温24 h烘后,800、1 200和1 500℃保温3 h热处理后试样的性能。结果表明:1)不同的养护方式对试样的常温物理性能影响不一样,110℃烘后800℃和1 500℃热处理后的物理性能差距大,1 200℃处理后的物理性能变化很小;2)水中养护的试样烘后常温强度提高的明显,水泥量越少,提高的越多。     

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.     

含有纳米氧化铝颗粒的铝尖晶石自流耐火浇注料的显微结构及物相演化

通过观察加入了纳米氧化铝颗粒的氧化铝尖晶石自流耐火浇注料在不同温度下的显微结构和物相组成,研究其物理和机械性能。结果表明,纳米氧化铝材料的加入对自流耐火浇注料的物理和机械性能有显著影响。随着浇注料中纳米氧化铝颗粒成分的增加,其在不同温度下的机械强度得到了极大地提高。这表明纳米氧化铝颗粒能影响烧制后的物相形成。在1 500℃下烧制普通样品时,发现板状氧化铝和尖晶石颗粒边界上形成了片状CA6晶体。而加入纳米氧化铝颗粒的样品,可在较低的温度(1 300℃)下形成CA6物相。     

耐火材料用有机-无机复合结合剂的研制

以水泥为结合剂的浇注料中含有CaO,在烧成过程中能够生成低共熔相而影响了其高温性能。为了提高浇注料的高温使用性能,需要在保证浇注料具有一定的常温强度的基础上,研制低水泥或者无水泥的新型结合剂来替代水泥结合剂。以丙烯酰胺体系为基础,探讨了丙烯酰胺系有机-无机结合剂在矾土基浇注料中的实际使用效果。结果表明,浇注料在110℃烘干后的体积密度、显气孔率、耐压和抗折强度等常温性能良好,尤其是抗折强度得到很大的提高。在不同高温烧成后,有机结合剂的浇注料性能得到提高。     

烧结法制备炭黑/铝酸钙水泥及其结合耐火浇注料的性能

以氧化铝、氧化钙及炭黑为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液为分散剂,经球磨混合、干燥、压坯,通过埋碳烧结法制备炭黑/铝酸钙水泥(CCAC)。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪研究了PVP水溶液浓度对产物物相组成和显微结构的影响;并分别通过沉降实验和综合热分析研究了炭黑/铝酸钙水泥的水润湿性和抗氧化性。结果表明:5%(质量分数)PVP的添加可以使炭黑的Zeta电位从–22.4 m V下降到–34.4 m V,炭黑在水中的分散性明显改善;经1 400℃保温4 h烧结后,5%PVP试样炭黑分布最均匀,产物中Ca O·Al_2O_3和CaO·2Al_2O_3的含量与商用Secar71水泥物相组成相近。与机械混合法制备的炭黑/铝酸钙水泥(S71CB)相比,埋碳烧结法制备的炭黑/铝酸钙水泥(CCAC–5,PVP水溶液浓度5%)具有较好的水分散性和抗氧化性。分别以S71CB和CCAC–5为结合剂制备刚玉质浇注料,研究了2种浇注料的力学性能和抗渣侵蚀性,结果表明:CCAC–5结合浇注料1 500℃烧结3 h后耐压强度和抗折强度分别比S71CB结合浇注料提高8.39%和10.71%,熔渣侵蚀率降低7%。CCAC–5结合浇注料表现出较好的力学和抗渣侵蚀性能,有望成为含碳浇注料的新型结合剂。     

含不同结合剂的高铝自流浇注料

研究了不同种类、不同含量的结合剂对高铝自流浇注料的影响。根据Dinger-Fun提出的连续粒度分布模型,按照分布系数q=0.21制备自流浇注料。添加4%和6%的高铝水泥和硅溶胶为结合剂,加水搅拌至浇注料混合物达到自流的稠度。浇注料立方体经干燥后,在950℃和1 550℃下进行热处理。对所有干燥的和经热处理的试样进行了体积密度、体积收缩、常温耐压强度表征,利用XRD进行了相分析。