高铬砖与煤渣侵蚀反应的初探

使用扫描电镜和能谱仪研究了高铬砖(Cr2O3-Al2O3-ZrO2)的侵蚀反应,结果呈现出两种形式:一是形成含有部分脱锆层、再生单斜氧化锆层、再生单斜氧化锆和锆英石共存层、锆英石层;二是形成部分脱锆层和含有单斜氧化锆的渗透层。两种类型的侵蚀反应是由煤渣成分不同引起渗透层中m(CaO)/m(SiO2)比值的差异造成的:当渗透层中m(CaO)/m(SiO2)0.22时,首先在高铬砖内部由渣中SiO2与m-ZrO2形成锆英石层,再随着渗透层中m(CaO)/m(SiO2)比值的增加,形成再生单斜氧化锆和锆英石共存层、再生单斜氧化锆层和部分脱锆层;当渗透层中m(CaO)/m(SiO2)0.27时,易形成部分脱锆层和含有单斜氧化锆的渗透层。     

镁锆砖和镁铬砖的抗RH炉渣侵蚀性对比

为取代RH炉用镁铬材料,以电熔镁砂为主原料,分别加入单斜锆、脱硅锆、单斜锆与脱硅锆的混合粉、锆英石制备了ZrO2质量分数分别为15%和20%的镁锆砖,并利用静态坩埚法对比研究了镁锆砖和镁铬砖的抗RH炉渣侵蚀性。结果表明:对于Al2O3含量高且碱度(CaO/SiO2比)大的RH炉渣,镁锆砖抗侵蚀性能优于镁铬砖的;镁锆砖的侵蚀机理是砖中的ZrO2与渣中的CaO迅速反应,形成高熔点物相CaZrO3,能堵塞砖中的孔隙而形成致密保护层,从而阻止钢渣对镁锆砖的进一步侵蚀;而镁铬砖的侵蚀机理是渣中的Al2O3、Fe2O3等R3 和镁铬尖晶石中Cr3 交换,渣与砖反应生成的镁铝尖晶石和镁铁尖晶石使得材料变性,同时由于体积效应使镁铬材料鼓胀开裂,从而导致镁铬砖的严重侵蚀。     

镁锆砖的抗RH炉渣侵蚀机制

为实现RH炉的无铬化,以电熔镁砂、单斜锆为原料制备了ZrO2质量分数为11%的镁锆砖,并采用回转抗渣法进行镁锆砖和电熔再结合镁铬砖的抗高、低碱度RH炉渣对比试验,并分析了其抗渣机制。结果表明:(1)镁锆砖抗高碱度渣侵蚀性能较再结合镁铬砖强,但其抗低碱度渣侵蚀性能相对较差;在高碱度渣中形成含锆酸钙反应层是镁锆砖抗渣侵蚀性能优越的关键。(2)镁锆砖中的ZrO2吸收渣中的CaO而使渣碱度降低,黏度升高,从而使渣在镁锆砖中的渗透程度降低。(3)镁锆残砖的渣层含微量的ZrO2,从工作面到原砖层,镁锆残砖呈现出明显变质层、轻微变质层和原砖层3个段带,而镁铬残砖只有明显变质层和原砖2个段带;镁锆砖的SiO2含量在轻微变质层中最高,而镁铬砖的SiO2含量从工作面到原砖层逐渐减小。     

危废处置回转窑用典型耐火材料抗熔渣侵蚀性能研究

对比了危废处置回转窑用几种典型耐火材料铬锆刚玉50砖、铬锆刚玉30砖、铬刚玉砖、高铝砖、刚玉莫来石砖和铝铬碳化硅砖分别在1100和1300℃的抗熔渣侵蚀性能.结果表明:1)在1100℃侵蚀试验后,6组试样均表现出较好的抗侵蚀性能和抗渗透性能,试验后坩埚内都残留了大量熔渣.2)在1300℃侵蚀试验后,6组试样的熔渣侵蚀和...     

MgO-ZrO2材料的抗侵蚀性能研究

研究了氧化锆和锆英石对镁质耐火材料抗渣性的影响.结果表明在氧化锆的加入量未达到某一临界值以前,镁质耐火材料的抗侵蚀性没有明显提高,因为加入的氧化锆量不足以形成阻挡渣渗透和侵蚀的二氧化锆富集层或锆酸钙富集层;当氧化锆的加入量超过一定量以后,镁质耐火材料的抗侵蚀性显著提高.锆英石的加入对提高镁质耐火材料抗侵蚀性的作用不明显加入量少时,渣渗透较严重;加入量多时,渣的渗透虽有所抑制,但渣蚀明显加剧.     

锂铝硅玻璃对锆英石溢流砖的侵蚀性研究

玻璃溢流下拉法成型工艺中玻璃组分与溢流砖的匹配性至关重要。通过静态侵蚀实验和界面分析,研究不同组分锂铝硅玻璃对锆英石溢流砖的侵蚀性。实验结果表明：锂铝硅玻璃组成中氧化钠含量对锆英石溢流砖的侵蚀影响显著,氧化钠含量越高,锆英石分解温度越低;相同的玻璃组成,实验温度越高,玻璃对溢流砖的侵蚀越严重。     

危废焚烧炉用Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖抗渣侵蚀性及六价铬形成研究

Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖具有较优良的抗渣侵蚀性能和力学性能,被作为内衬材料应用于危废垃圾焚烧炉.然而,危废垃圾来源广,成分复杂,其焚烧所产生的渣对砖的侵蚀程度及机理也必然不同.此外,砖中的Cr2O3在高温下可能氧化为含Cr(Ⅵ)的有害物质.为此,通过静态抗渣实验研究了四种不同组成危废灰渣对Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的侵蚀过程及机理,并通过浸出实验研究了熔渣对砖中Cr(Ⅵ)形成的影响.结果 表明:不同渣对Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的侵蚀程度及机理各不相同.高钙渣A侵蚀过程中,生成了高熔点的CA6、Ca2Al2SiO7和Ca2SiO4相,在一定程度上减缓了渣的侵蚀速度,砖体表现出最好的抗侵蚀性.高铁渣D侵蚀过程中生成熔点较低的CaFe2O4相,加之砖中Al2O3在Fe2O3-SiO2渣中的溶解度较高,因此高铁渣D对砖体的侵蚀程度最严重.高硅渣B和C侵蚀过程中主要生成钙铝黄长石新相,渣对砖体的侵蚀程度居中.不同的渣侵蚀后,渗透层中的Cr(Ⅵ)含量均增加,且渣的组成对Cr(Ⅵ)含量影响较大.由于CaO能显著促进Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ),高钙渣A侵蚀后,渗透层中的Cr(Ⅵ)含量最高,为84.7 mg/kg.SiO2可优先与CaO和Na2O等碱金属氧化物反应生成稳定化合物,高硅渣B和C侵蚀后,渗透层中的Cr(Ⅵ)含量较低,分别为9.9 mg/kg和13.6 mg/kg.对于高铁渣D,浸出过程会有含Cr(Ⅵ)的水化相(3CaO· Al2O3·CaCrO4·nH2O)形成,降低了Cr(Ⅵ)的浸出能力.     

玄武岩熔液对耐火材料的侵蚀

为深入了解玄武岩高温熔体对耐火材料的侵蚀行为,参照ASTM C621—1984(2001)分别对致密氧化铬砖、致密锆英石砖和熔铸锆刚玉砖(AZS-33)进行了1 500℃72 h的玄武岩熔液侵蚀试验,并对侵蚀后试样进行了显微结构对比分析。侵蚀试验结果表明,致密氧化铬砖的抗熔融玄武岩侵蚀性最好,其次是致密锆英石砖,最差的是熔铸AZS-33砖,其在液面线处出现严重剥落现象。显微结构分析表明:致密氧化铬砖结构均匀,与玄武岩熔液反应性小,同时与玄武岩渣中的成分形成尖晶石致密层阻止了渣的进一步渗透;致密锆英石砖表面与玄武岩熔液反应产生很薄的脱锆层和玻璃相,并且其致密均匀的结构也阻止了渣的进一步渗透;熔铸锆刚玉砖的显气孔率虽然很低,对玄武岩熔液有较好的抗渗透性,但其液相量较多,因此抗侵蚀性相对较差。     

钢包渣线用镁锆铬质无炭浇注料的研制

精炼钢包渣线使用含炭耐火材料存在着使钢水增碳的问题 ,需要研制抗渣侵蚀和渗透能力较强的无炭钢包渣线材料。以轻烧氧化镁和锆英石为原料 ,采用湿法共磨工艺 ,合成了镁锆质熟料 ,并以此合成料为主要原料 ,加入工业Cr2 O3细粉、锆英石细粉及硅微粉等研制了无炭的镁锆铬质钢包浇注料。实验证明 ,制得的镁锆铬质浇注料高温强度较高 ,高温收缩率较小 ,抗渣侵蚀和渗透能力较强。     

HIsmelt工艺熔融还原炉用耐火材料的抗侵蚀性研究

为促进HIsmelt工艺的进一步发展和应用，根据HIsmelt工艺熔融还原炉(SRV)的特点，利用静态坩埚法对比研究了SRV渣在1 500℃下对铬刚玉砖、微孔刚玉-莫来石砖、刚玉-莫来石砖、刚玉-尖晶石砖的侵蚀。结果表明：1)铬刚玉砖抗SRV渣渗透侵蚀能力最强，因为FeO与铬刚玉砖中的Al₂O₃和Cr₂O₃反应生成高熔点物，抑制炉渣的渗透和侵蚀。2)微孔刚玉-莫来石砖中镁铝尖晶石与钙铝黄长石的生成在侵蚀层形成保护层，阻止SRV渣的渗透侵蚀，在3种无铬材料中，表现出最优的抗侵蚀性。3)刚玉-莫来石砖中由于大量钙长石的形成产生的缝隙造成渣的不断渗入，使得熔渣对砖的侵蚀较严重。4)刚玉-尖晶石砖中原位生成粒径小、活性高的尖晶石晶粒，能有效吸收熔渣中的铁离子形成镁铝铁复合尖晶石，阻挡SRV渣的侵蚀。     

水泥结合铬刚玉浇注料抗危废炉渣侵蚀行为研究

铬刚玉浇注料是重要的危废焚烧炉炉衬材料之一,但危废来源广泛,成分复杂,导致炉渣的成分存在差异,从而影响炉衬的使用寿命。本文以铝酸钙水泥结合铬刚玉浇注料为研究对象,选取了富含CaO、Fe₂O₃和SiO₂的三种典型危废炉渣,研究了上述危废炉渣对铬刚玉浇注料烧成前后的侵蚀/渗透行为和Cr(Ⅵ)形成的影响。结果表明,材料的抗渣侵蚀和渗透性能与渣的黏度、渣与材料的界面反应以及材料的孔隙结构有关。就渗透性而言,高SiO₂渣和高Fe₂O₃渣与材料界面反应后形成了低熔点的霞石等物相,促进了渣渗透;高CaO渣与材料反应后形成了高熔点的六铝酸钙等物相,减缓了渣渗透,造成渣渗透深度顺序为高SiO₂渣>高Fe₂O₃渣>高CaO渣。相比之下,将材料进行烧成处理可以显著降低基质中CaO的反应活性,而且可以实现微孔化,渣的渗透行为受到抑制,尤其是高SiO₂渣的渗透显著降低。静态坩埚抗渣侵蚀性与渣液的渗透行为有关,由于渣的显著渗透行为,反而降低了渣的侵蚀指数。高CaO渣与试样反应后渣液黏度上升,且生成高熔点的铝酸钙相减缓渣液渗透,渣作用在材料界面时间增长,导致高CaO渣的侵蚀指数略高。     

不锈钢冶炼用铁水包Al2O3-SiC-C内衬砖的性能与侵蚀机理

铁水包内衬材料长期服役于间隔周期较长的高、低温交替环境,极易发生剥落与侵蚀损毁。为了探索影响铁水包内衬材料使用寿命的主要因素,对市面上四种铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的化学成分、物相组成、物理性能和微观结构进行了分析,并以高炉渣为侵蚀介质,重点研究了不锈钢冶炼用铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的侵蚀机理。结果表明:铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖中Al₂O₃含量越高,高温下制品的液相量越低,越有利于提高耐火砖的高温力学性能;随着含碳量的增加,铁水包Al₂O₃-SiC-C内衬砖的抗渣性得到明显改善,但抗氧化性及高温抗折强度呈下降趋势;高炉渣中CaO、MgO向耐火砖中渗透,与耐火砖中的Al₂O₃、SiO₂发生反应形成高熔点的镁铝尖晶石及低熔点的钙长石等,生成的低熔相会加剧耐火砖的侵蚀。     

液相法制备棒状Al2O3及Al2O3-ZrO2陶瓷复合粉体

采用二乙三胺五乙酸（DTPA）为配合剂,以简易的液相法合成出微纳米纤维状Al和Al-Zr前体,煅烧处理制备了棒状α-Al₂O₃和Al₂O₃-ZrO₂复合陶瓷粉体。同时研究了DPTA∶Al³⁺质量比、反应温度与时间对陶瓷粉体形态的影响。利用X射线衍射（XRD）、热分析（TG/DSC）以及扫描电子显微镜（SEM）对粉体进行了表征。结果表明：较高的DTPA∶Al³⁺质量比以及较长的反应时间有利于制备高长径比的纤维棒状Al和Al-Zr配合物前体。合成纳米纤维状α-Al₂O₃和Al₂O₃-ZrO₂前体的最优条件是反应温度60℃,反应时间5.5h,DTPA∶Al³⁺比例为1.2∶1。相应地,该前体煅烧后可以制备出棒状α-Al₂O₃和Al₂O₃-ZrO₂复合陶瓷粉体。     

Cr2O3微粉加入量对Al2O3-Cr2O3质耐火材料性能的影响

以电熔铬刚玉和白刚玉为主要原料,用Cr₂O₃微粉部分替代电熔铬刚玉细粉,研究了Cr₂O₃微粉加入量对Al₂O₃-Cr₂O₃质耐火材料常温和高温性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明,随着Cr₂O₃微粉加入量的增加,原位形成了(Al_1-xCr_x)₂O₃固溶体,促进了烧结,材料的显气孔率先降低后升高,且(Al_1-xCr_x)₂O₃固溶体的晶格常数呈线性增加,符合Vegard定律。材料的常温抗折强度和常温耐压强度随Cr₂O₃微粉加入量的增加先升高后降低,在Cr₂O₃微粉加入量为15%(质量分数)时强度达到最大值。而当Cr₂O₃微粉加入量为20%(质量分数)时,由于有挥发现象,材料显气孔率上升,强度下降。材料高温抗折强度随Cr₂O₃微粉加入量的增加而增加,材料的残余强度保持率呈先降低后升高的趋势。     

新型合成气甲烷化催化剂La2O3-ZrO2-Ni/Al2O3的制备与性能

针对常规合成气甲烷化催化剂高热结构稳定性差、活性低、适应性差等不足,本文创新地引用稀土金属氧化物La₂O₃复配过渡金属氧化物ZrO₂作为多功能复合助剂,利用反向沉淀法制备了新型合成气甲烷化催化剂La₂O₃-ZrO₂-Ni/Al₂O₃,同时制备催化剂Cr₂O₃-Ni/Al₂O₃作为参照组。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）表征了催化剂的微观结构,并利用N₂吸附仪（BET）测量催化剂经高温水热处理前后的微孔结构参数,以考察催化剂的高热结构稳定性。结合国内某大型煤制天然气项目工艺特征和运行实践,应用Aspen Plus软件模拟了四段甲烷化工艺理论平衡值。基于自主固定床合成气甲烷化评价实验装置,考察了反应压力、空速和原料气H₂O(g)含量等因素对La₂O₃-ZrO₂-Ni/Al₂O₃催化性能的影响,并开展了1000h长周期寿命评价实验。结果表明,La₂O₃-ZrO₂-Ni/Al₂O₃比Cr₂O₃-Ni/Al₂O₃具有更优的高热结构稳定性;可使CO和CO₂反应达到或接近催化剂床层出口温度下的理论平衡状态,呈现显著的宽温活性;活性组分NiO晶粒尺寸介于7~10nm,分散度较高;对反应压力、空速和原料气H₂O(g)含量的变化不敏感,具有良好的操作弹性;1000h反应后仍能保持较高的活性和稳定性。     

Cr2O3含量对玻璃熔体黏度和熔化特性的影响

为了保证玻璃液顺利浇注成型,并为高炉渣和铬铁合金渣协同制备CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-Cr₂O₃体系建筑微晶玻璃提供基础的工艺技术参数,采用FactSage7.1热力学软件绘制CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-Cr₂O₃玻璃体系的五元相图,并通过试验探究基础玻璃熔体的黏度和熔化特性。结果表明,在FactSage7.1绘制的相图中,随着Cr₂O₃含量的增加,相图的液相区范围不断缩小,表明玻璃的进一步熔化受到阻碍。晶核剂 Cr₂O₃的质量分数由0.85%增加到2.05%的过程中,玻璃熔体黏度逐渐减小,熔化性温度逐渐升高,在采用熔融法制备CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-Cr₂O₃体系基础玻璃时应使熔融温度高于1 469 ℃。Cr₂O₃含量增加会使基础玻璃熔化温度升高,具体表现为各组试样的软化温度、半球温度和流动温度均不断升高,因此应尽量降低基础玻璃原料配比中Cr₂O₃的含量。     

Processing of hot pressed Al2O3–Cr2O3/Cr-carbide nanocomposite prepared by MOCVD in fluidized bed

Nanosized particles dispersed uniformly on Al₂O₃ particles were prepared from the decomposition of precursor Cr(CO)₆ by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) in a fluidized chamber. These nanosized particles consisted of Cr₂O₃, CrC_1−x, and C. A solid solution of Al₂O₃–Cr₂O₃ and an Al₂O₃–Cr₂O₃/Cr₃C₂ nanocomposite were formed when these fluidized powders were pre-sintered at 1000 and 1150 °C before hot-pressing at 1400 °C, respectively. In addition, an Al₂O₃–Cr₂O₃/Cr-carbide (Cr₃C₂ and Cr₇C₃) nanocomposite was formed when the particles were directly hot pressed at 1400 °C. The interface between Cr₃C₂ and Al₂O₃ is non-coherent, while the interface between Cr₇C₃ and Al₂O₃ is semi-coherent.     

Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构和析晶性能研究

采用熔融-淬冷法制备了不同(Al₂O₃+P₂O₅)含量的碱铝硅酸盐玻璃,通过拉曼光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜研究了其结构特征和析晶性能。发现随着(Al₂O₃+P₂O₅)含量减少,玻璃中Na₂O含量增加,玻璃化转变温度从685 ℃降低到622 ℃,当减少至摩尔分数为22%时,出现析晶峰且起始析晶温度降低。拉曼光谱表明Q⁴_P对应的拉曼峰强度变低且逐渐向低波数方向移动,说明Na₂O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强。结果表明:当(Al₂O₃+P₂O₅)摩尔分数为22%时热处理后的样品存在晶型转变,700 ℃热处理时以NaAlSiO₄霞石晶体为主,900 ℃时转变为以Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂霞石晶体为主。当(Al₂O₃+P₂O₅)的摩尔分数为21%和20%时,热处理后的样品能稳定析出Na₃PO₄和Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂晶体。热处理后的样品析出了耐酸侵蚀性较差的富磷相和Na₃PO₄晶体,导致化学稳定性变差。     

Al2O3含量对PbO-CaO-B2O3-SiO2系玻璃析晶行为与烧结性能的影响

PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体是耐高过载低温共烧陶瓷(LTCC)生瓷带的主要组成部分。玻璃粉体的析晶行为影响烧结性能,进而决定基板的使用性能。本文研究了Al₂O₃含量对PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃析晶行为与烧结性能的影响。结果表明:向PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃中引入Al₂O₃可抑制玻璃析晶,防止高膨胀晶相的析出,并提高玻璃烧结密度;不含Al₂O₃的PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂玻璃粉体析晶峰温度为862 ℃,烧结过程中析出方石英晶相,20~200 ℃的平均线膨胀系数高达260.8×10^-7 ℃^-1;引入2.1%(质量分数)Al₂O₃可显著抑制玻璃析晶,700 ℃烧结后膨胀系数降低至72.9×10^-7 ℃^-1,介电常数显著增大,由6.30提高至7.02。     

AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀机理研究

不锈钢生产主要采用氩氧精炼(AOD)炉冶炼工艺,本文探究AOD炉渣对钢包内衬用MgO-C砖的侵蚀机理,为提高钢包内衬用MgO-C砖的使用性能和服役寿命提供理论支撑。结合FactSage6.2软件、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)等测试手段分析炉渣侵蚀后MgO-C砖的物相变化、显微结构和化学成分变化。结果表明,随着侵蚀反应的进行,方镁石逐渐被熔蚀,且逐步出现Ca₃MgSi₂O₈等低熔点物相,以及MgAl₂O₄等高熔点物相。AOD炉渣通过基质部分侵蚀渗透MgO-C砖,并与方镁石反应生成Ca₃MgSi₂O₈等低熔点物相,熔蚀方镁石;同时,方镁石边界处生成MgAl₂O₄,阻碍AOD炉渣对MgO-C砖的侵蚀渗透。