轻量化耐火材料的研制与应用

基于"骨料微孔化、基质紧密化"的研究思路,采用显气孔率低、闭口气孔率高、热导率比普通耐火材料低20％～50％、抗渣性能与普通原料相当的具有微纳米尺度晶内气孔的微孔刚玉和矾土以及镁砂为原料,根据颗粒紧密堆积理论,对Dinger-Funk方程进行修正,建立轻量耐火材料基质堆积密度预测模型,制备了轻量铝镁浇注料.结果表明:此...     

纳米碳酸钙对无水泥结合刚玉浇注料力学性能和显微结构的影响

以板状刚玉、氧化铝微粉、商品纳米碳酸钙、Alphabond300为主要原料,FS10为减水剂,制备了不同纳米碳酸钙含量的刚玉浇注料试样,并测定了其经1000℃及1600℃热处理后的显气孔率、体积密度和耐压强度。利用扫描电子显微镜观察了材料的微观结构。结果表明,在减水剂加入量一定时,随纳米碳酸钙加入量的增加,需水量逐渐增加,显气孔率逐渐升高,耐压强度也逐渐提高。在控制浇注料流动值基本一致的情况下,随纳米碳酸钙加入量的增加,显气孔率明显增大,耐压强度逐渐提高。     

氢氧化镁粒度对刚玉-尖晶石材料结构与性能的影响

以氢氧化镁和α-Al2 O3微粉为原料,经过干混、成型和1750℃反应烧结制备了刚玉-尖晶石骨料,研究了氢氧化镁粒度(平均粒径分别为55、36.4和10.6μm)对刚玉-尖晶石材料体积密度、气孔率及显微结构等的影响.结果表明:随着氢氧化镁粒度的减小,试样的体积密度增加,显气孔率下降,封闭气孔增加,总气孔率和孔径逐渐下降...     

红土镍矿回转窑用低气孔莫来石砖的性能

以莫来石均质料、红柱石、α-氧化铝粉等为主要原料,通过引入不同比例的莫来石均质料制备低气孔莫来石砖。研究发现该砖具有气孔率低、常温耐压强度高以及良好的热震稳定性。以普通高铝砖和刚玉莫来石砖为对比,采用静态坩埚法研究了高温下低气孔莫来石砖的抗侵蚀性能,发现该砖具有优异的抗渣侵蚀能力,适用于红土镍矿回转窑过渡带。     

镁砂加入量对铝镁质摆动流嘴预制件性能的影响

以电熔刚玉、烧结刚玉、刚玉细粉、尖晶石微粉(<5μm)、氧化铝微粉(<2μm)、铝酸钙水泥(Secar 71)、电熔镁砂细粉为主要原料,制备了镁砂加入质量分数分别为1.5%、2.5%、3.5%的铝镁浇注料.测定1 500℃3 h处理后试样的体积密度、显气孔率、强度和加热永久线变化率,并在1 500℃3 h条件下进行抗高炉渣侵蚀试验.结果表明:随着镁砂加入量的增加,材料烧后的显气孔率增大,强度降低,抗高炉渣侵蚀性能下降.这主要是电熔镁砂在高温下与氧化铝反应生成尖晶石产生体积膨胀所至,因此,镁砂的加入质量分数以2.5%为宜.     

纳米Al2O3对刚玉质耐火材料结构和性能的影响

在以板状氧化铝、电熔白刚玉、烧结氧化铝微粉为主要原料的刚玉质耐火材料中通过机械混合法和前驱体(铝溶胶)法引入0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(质量分数,下同)的纳米Al2O3,混练均匀后,以180MPa的压力压制成125mm×25mm×25mm的试样,于120℃干燥12h后,在硅钼棒电炉中于不同温度(1400℃、1500℃、1600℃和1650℃)下保温4h烧成,然后测定烧成后试样的体积密度、显气孔率、常温抗折强度和高温抗折强度,并采用SEM分析烧成后试样的显微结构。结果表明:以前驱体法引入纳米Al2O3对材料性能的优化效果明显好于机械混合法;在相同的工艺条件下,加入1.5%的纳米Al2O3对提高烧成试样的体积密度、常温抗折强度和高温抗折强度作用最明显;当纳米Al2O3加入量超过1.5%时,烧成试样的强度迅速降低。     

放电等离子烧结制备刚玉-铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料

为了降低复相材料的合成温度并保证其相应的物理性能,以质量分数分别为35.16%的欠烧白云石和64.84%的片状氧化铝为原料,在1 050、1 100和1 150℃下利用放电等离子烧结法(SPS)制备了刚玉-铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料,并研究了烧成温度对复相材料的物相组成及强度的影响。结果表明:随着温度的升高,复相材料中刚玉相的含量逐渐降低,而铝酸钙和镁铝尖晶石的含量逐渐上升,材料的显气孔率略有增大,但是其劈裂抗拉强度逐渐增大。放电等离子烧结使复相材料中片状刚玉、生成的铝酸钙和镁铝尖晶石在高温下相互结合。当烧成温度为1 150℃时,所制备的复相材料显气孔率为23.2%,劈裂抗拉强度达到20 MPa。     

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%。     

晶种水热法制备α-氧化铝微粉的生长动力学研究

以硝酸铝为原料,氨水为沉淀剂,得到一水软铝石(γ-A lOOH)沉淀。以该一水软铝石为前驱物,纳米α-氧化铝为晶种,采用水热法直接制备出α-氧化铝微粉。在保温时间为8 h、反应温度从380℃增加到460℃时,水热合成的α-氧化铝微粉的粒径从2.1μm生长到3.5μm;在400℃下,保温时间从8 h增加到36 h时,其粒径从2.3μm增加到4.6μm。据此得出α-氧化铝晶粒生长符合动力学方程:Dn=Dn0 k0.t.e(-Ea/RT),其中晶粒生长指数n=2,活化能Ea=47.37 kJ/mol。分析了α-氧化铝晶体生长机理。     

耐火浇注料用非水泥结合剂的研究

为了更好地阐述聚合物对耐火材料性能的影响,对比研究了纯铝酸钙水泥和聚合草酸铝(多齿配位聚合物)作为结合剂对铝镁质、铝硅质、刚玉质、刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响,同时还对比了氧化铝溶胶、水合氧化铝(ρ-Al_2O_3)和聚合草酸铝3种结合剂对刚玉浇注料性能的影响。结果表明:1)聚合草酸铝结合浇注料的高温抗折强度和1 600℃热处理后的常温强度较低,而200℃干燥后的常温强度接近; 2)聚合草酸铝结合浇注料的抗热震性(1 100℃水冷)和抗渣侵蚀性能较好; 3)与氧化铝溶胶和水合氧化铝相比,聚合草酸铝结合的刚玉浇注料不需要添加减水剂,加水量明显偏少,200℃烘烤后的显气孔率低,体积密度大,常温强度高。     

ZrO2对Al2TiO5-板状刚玉复合材料性能的影响

以α-Al2O3微粉、板状刚玉和TiO2为主要原料,添加不同含量的ZrO2,通过高温烧成以固相反应直接合成Al2TiO5-板状刚玉-ZrO2复合材料,研究了ZrO2含量对复合材料的烧结收缩率、显气孔率、强度等的影响。结果表明:添加ZrO2的复相材料的收缩率和体积密度明显增加。ZrO2含量为4%时,可以制备出高致密度高强度的Al2TiO5-板状刚玉-ZrO2复合材料,其显气孔率为9.31%,抗折强度为25.6MPa,抗压强度为225MPa。     

氧化铝微粉加入量对特种硅莫砖性能的影响

以高铝矾土熟料、电熔白刚玉、碳化硅、广西白泥、氧化铝微粉为主要原料,亚硫酸纸浆废液为结合剂,制备出水泥窑过渡带用特种硅莫砖,研究了氧化铝微粉加入量对硅莫砖的常温物理性能、抗热震性和耐磨性的影响,并对试样进行XRD和SEM分析.结果表明:随着氧化铝微粉加入量的增加,硅莫砖的耐压强度、体积密度先升高后降低,显气孔率则先降低后升高;抗热震性随微粉加入量的增加先变好后边差的趋势;其中,微粉加入量为4％的硅莫砖综合性能最好,是大型水泥回转窑过渡带的理想内衬材料.     

微孔刚玉的制备及其对铝镁浇注料性能的影响

在采用多孔介质模型进行微孔骨料孔径数值模拟设计的基础上,分别以α-Al2O3微粉、工业Al2O3细粉、α-Al2O3微粉+CaCO3细粉为原料,通过湿磨工艺分别制备了三种微孔刚玉骨料A1、A2、A3,并分别以平均孔径约0.6μm的A1和A3两种微孔刚玉为骨料制成轻质铝镁浇注料,与采用板状刚玉骨料制备的普通铝镁浇注料进行了性能对比。结果表明:1)以α-Al2O3微粉、工业Al2O3细粉等为主要原料,在1 800℃以上烧结可获得体积密度为3.1~3.5 g·cm-3、显气孔率约5%、闭口气孔率为8%~13%的微孔刚玉骨料,其800℃的热导率比板状刚玉的小;2)与普通铝镁浇注料相比,两种轻质铝镁浇注料的显气孔率较大,体积密度较小,1 500℃处理后的强度较高,线变化率较小,在600和800℃时的热导率明显较小;3)与普通铝镁浇注料相比,含A1骨料的铝镁浇注料渗透指数偏大,含A3骨料的铝镁浇注料的侵蚀指数稍大,但渗透指数小。     

刚玉-莫来石复相高温隔热耐火材料的制备与性能

本研究以白刚玉、氧化铝微粉以及二氧化硅微粉为主要原料,苏州土为结合剂,采用有机-无机复合造孔剂,采用机压法制备刚玉-莫来石复相高温隔热耐火材料。研究结果表明:所制备的刚玉-莫来石复相高温隔热耐火材料的性能优异,孔径分布范围较小,强度高,热导率低,高温性能好,已被国内外知名企业广泛应用。     

加入纳米碳酸钙对铬刚玉浇注料力学性能的影响

以板状刚玉、氧化铝微粉、氧化铬微粉(平均粒径<5μm)、铝酸钙水泥(Secar 71)、商品纳米碳酸钙(平均粒径<100 nm)为主要原料,FS10为减水剂,制备了不同纳米碳酸钙加入量(0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%)的铬刚玉浇注料试样,测定了其经1 000及1 600℃热处理后的显气孔率、体积密度和强度,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了材料的微观结构。结果表明,在减水剂加入量一定时,随纳米碳酸钙加入量的增大,浇注料的流动性显著下降,显气孔率逐渐升高,冷态和热态强度逐渐降低;在浇注料流动值基本一致的情况下,随纳米碳酸钙加入量的增大,浇注料的显气孔率明显增大,但其冷态和热态强度皆逐渐提高,这主要是由于纳米碳酸钙在高温下分解产生的CaO和结构中的A l2O3原位反应形成铝酸钙物相的缘故。     

低品位菱镁矿与工业铝灰制备镁铝尖晶石

以低品位菱镁矿与工业铝灰为原料制备镁铝尖晶石材料。分析讨论了不同煅烧温度对工业铝灰材料组成与微观结构的影响,并进一步研究了煅烧温度对制备镁铝尖晶石材料的组成、镁铝尖晶石相晶胞常数及材料微观结构的影响。用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对煅烧后试样的物相和显微结构进行研究。利用X′ pert plus软件对试样中主晶相的晶格常数进行计算,比较不同温度煅烧试样的相对结晶度。结果表明：随着工业铝灰煅烧温度的升高,材料中主晶相六方晶型的刚玉相晶胞常数呈现各向异性的变化趋势。低品位菱镁矿与工业铝灰经1 400 ℃高温煅烧可以制备出以镁铝尖晶石为主晶相的镁铝尖晶石材料,该温度煅烧的镁铝尖晶石材料晶粒相对均匀、结构相对致密,主晶相镁铝尖晶石相晶格常数最大。     

烧结板状刚玉的制备及性能研究

烧结板状刚玉具有优异的体积稳定性、抗热震性、机械强度、耐磨性和抗酸碱侵蚀能力,极高的耐火度,优越的抗蠕变性和抗剥落性等特性,具有广泛的应用前景。采用超高温竖窑工艺制备烧结板状刚玉,研究了产品的显微结构和物理性能。结果表明,经1 900℃高温烧结后形成了板片状组织,晶内含有大量的圆形闭口气孔。物理性能测试表明,其体积密度为3.68 g/cm3,显气孔率小于3%,吸水率小于0.8%。     

添加铝粉对Al_2O_3–MgO耐火材料物相组成的影响

以电熔镁砂、高纯镁砂、板状刚玉、氧化铝微粉和金属铝粉为原料,铝溶胶为结合剂制备铝–刚玉–方镁石耐火材料,经1 700℃氮气气氛烧成(580℃保温3 h和未经580℃保温的2种烧成制度)。结果表明:经580℃保温和未经580℃保温的样品中,未添加金属铝粉的样品主晶相为方镁石和镁铝尖晶石固溶体,板状刚玉(≤1 mm)和氧化铝微粉均与细粉中方镁石反应形成了镁铝尖晶石固溶体。添加金属铝粉的样品中,晶相除方镁石和镁铝尖晶石固溶体外,有氮化铝、镁阿隆和纤锌矿结构的阿隆(Al10O3N8)生成,且随着铝粉含量增加而增加。未经580℃保温的样品中,镁阿隆和纤锌矿结构的阿隆生成量显著降低,建立了样品中镁阿隆和阿隆形成的反应模型。低温保温(580℃保温3 h)促进了样品中铝粉更完全的形成Al N,减少了金属铝粉以介稳态Al_2O(g)和Al(g)逸出的量,添加铝粉的铝–刚玉–方镁石样品升温制度对其组成与性能有影响。     

添加铝粉对Al_2O_3–MgO耐火材料物相组成的影响EI北大核心CSCD

以电熔镁砂、高纯镁砂、板状刚玉、氧化铝微粉和金属铝粉为原料,铝溶胶为结合剂制备铝–刚玉–方镁石耐火材料,经1 700℃氮气气氛烧成(580℃保温3 h和未经580℃保温的2种烧成制度)。结果表明:经580℃保温和未经580℃保温的样品中,未添加金属铝粉的样品主晶相为方镁石和镁铝尖晶石固溶体,板状刚玉(≤1 mm)和氧化铝微粉均与细粉中方镁石反应形成了镁铝尖晶石固溶体。添加金属铝粉的样品中,晶相除方镁石和镁铝尖晶石固溶体外,有氮化铝、镁阿隆和纤锌矿结构的阿隆(Al10O3N8)生成,且随着铝粉含量增加而增加。未经580℃保温的样品中,镁阿隆和纤锌矿结构的阿隆生成量显著降低,建立了样品中镁阿隆和阿隆形成的反应模型。低温保温(580℃保温3 h)促进了样品中铝粉更完全的形成Al N,减少了金属铝粉以介稳态Al_2O(g)和Al(g)逸出的量,添加铝粉的铝–刚玉–方镁石样品升温制度对其组成与性能有影响。     

隔热材料的热导率与孔径分布的相关性研究

为了进一步研究不规则气孔的孔径分布对隔热材料热导率的影响,以板状刚玉粉、α-Al2O3微粉、ρ-Al2O3微粉和金属铝粉为主要原料,添加不同量(质量分数分别为0、5%、10%、15%、20%、25%和30%)的≤0.045 mm的锯末作为造孔剂,以PVA溶液为结合剂,经配料、混练、成型、干燥和1 550℃保温3 h烧成后,制备了氧化铝质隔热材料试样。检测了试样的体积密度、总气孔率、闭口气孔率和热导率,采用扫描电子显微镜(SEM)和金相图像分析系统(MIAPS)对烧后试样进行了表征,然后借助灰色关联理论分析了试样热导率与其孔径分布的相关性。结果表明:随着锯末添加量的增加,试样的气孔率和平均孔径逐渐增大,热导率逐渐减小;2、2~6和18μm的气孔对试样热导率有显著影响。