铁铝尖晶石的合成及镁铁铝尖晶石砖的性能与应用

系统论述了铁铝尖晶石( FeO·Al2O3)的合成、铁的存在价态对镁铁铝尖晶石砖性能的影响,并阐述了采用预合成铁铝尖晶石制备的镁铁铝尖晶石砖在水泥窑上的出色使用性能,指出其完全可以替代现有镁铬砖,是水泥回转窑烧成带用耐火材料的发展方向;同时还指出了镁铁铝尖晶石砖未来的研究方向是降低砖的热导率以及控制铁铝尖晶石合成气氛的简单化.     

回转窑烧成带用镁铁铝尖晶石砖的研制与应用

以新理论、新工艺合成出了结晶完好、质地均匀的铁铝尖晶石,并以合成的铁铝尖晶石为原料制备了镁铁铝尖晶石砖。大量应用结果表明,研制的镁铁铝尖晶石砖具有窑皮形成迅速、稳定、导热率小及使用寿命长等优点,总体性能超过了镁铬砖,满足了大型回转窑烧成带的无铬化要求。     

水泥回转窑烧成带用耐火砖无铬化研究进展

为实现水泥回转窑烧成带用耐火砖无铬化,对镁铝尖晶石砖、白云石砖、镁钙锆砖、镁铁铝尖晶石砖等无铬砖的研究进行了总结分析。     

水泥回转窑烧成带用无铬耐火材料

根据水泥回转窑烧成带对耐火材料的要求,从有关相图分析论述了MgO-CaO-ZrO2材料抗硅酸盐水泥的侵蚀;由Fe-O系相图与铁的各级氧化物稳定存在区域图分析了形成铁铝尖晶石(FeO.Al2O3)的条件及制取铁铝尖晶石砖的途径。     

铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖晶石砖的性能影响

为了研究铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖晶石砖的性能影响,本实验以粒度为3~1 mm、1~0 mm、≤0.088 mm的97高纯镁砂和1~0 mm的电熔铁铝尖晶石为原料,讨论了铁铝尖晶石加入量分别为3%、6%、9%、12%和15%时镁铁铝尖晶石砖的性能,利用XRD分析了试样的物相变化,采用SEM分析了烧后试样的微观结构。结果表明:铁铝尖晶石加入量为6%时,镁铁铝尖晶石砖有较高的体积密度和耐压强度以及较低的显气孔率,铁铝尖晶石加入量越多,镁铁铝尖晶石砖的荷重软化温度越低,铁铝尖晶石加入量3%~6%之间为宜。从显微结构照片中可以看出铁铝尖晶石周围生成的尖晶石环和环形裂纹,这是高温过程中部分铁铝尖晶石与方镁石发生离子交换反应所致,这种结构对镁铁铝尖晶石砖的结构柔韧性起着一定的作用。     

水泥窑烧成带用镁铁铝尖晶石砖的研制

为了满足水泥窑烧成带用砖无铬化的要求, 以粒度3.5～1mm、<1mm、<0.088mm的高铁镁 砂和粒度<2mm的铁铝尖晶石为原料,分别讨论了 1500℃、1550℃、1600℃、1650℃的烧成温度和 5%、7%、9%、11%的铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖 晶石砖性能的影响。结果表明:当烧成温度为1600 ℃时,试样已烧结;当铁铝尖晶石加入量为7%时,试 样的耐压强度与粘结强度最高(用粘结强度表征材 料的挂窑皮性)。与直接结合镁铬砖相比,镁铁铝尖 晶石砖在热震稳定性方面更优于直接结合镁铬砖,而 在粘挂窑皮性能方面与其相近。     

方镁石–铁铝尖晶石材料与水泥熟料间的作用行为

方镁石–铁铝尖晶石耐火材料在水泥回转窑烧成带取得良好使用效果,这与其高温下同水泥熟料之间的反应行为密不可分。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪与Factsage模拟等手段研究了镁砂和铁铝尖晶石颗粒以及方镁石–铁铝尖晶石砖高温下与水泥熟料的作用行为。结果表明：镁砂具有优异的抗水泥熟料侵蚀性能,铁铝尖晶石与水泥熟料高温反应生成大量高温液相,并逐渐被蚕蚀。对于方镁石–铁铝尖晶石砖,方镁石物相和铁铝尖晶石颗粒高温下抵抗水泥熟料侵蚀表现出协同作用。以方镁石为主晶相的基质与水泥物料反应生成高熔点物相,在晶界相内形成骨架结构,提高了晶界相的高温粘度,促进了水泥熟料与耐火材料的结合。同时,铁铝尖晶石与方镁石之间的离子交换促进了铁铝尖晶石颗粒与方镁石基质的结合,抑制了高温下与水泥物料反应时长石类低熔点相的产生,提高了铁铝尖晶石的高温稳定性,有利于该类耐火砖在烧成带使用时窑皮的稳定。     

SiO2含量对合成铁铝尖晶石的影响

为了研究以矾土做原料合成铁铝尖晶石时其SiO2成分对合成铁铝尖晶石的影响,以氧化铁粉、α-Al2O3粉和碳粉为原料,分别加入质量分数为0、2%、5%和8%的SiO2粉,在氮气气氛中分别于1 400、1 450、1 500、1 550℃保温4 h合成铁铝尖晶石。通过对所合成铁铝尖晶石的烧结性能、物相组成及微观结构进行分析,研究了SiO2加入量对铁铝尖晶石合成及烧结性能的影响。结果表明:氮气气氛下,加入2%(w)SiO2能够促进铁铝尖晶石的合成及烧结;加入大于5%(w)SiO2时,试样的体积密度迅速下降,SiO2与氧化铁生成大量的低熔点液相,Al2O3则以刚玉相存在,反而阻碍铁铝尖晶石相的生成。采用特级矾土为原料合成铁铝尖晶石时,由于矾土中杂质SiO2和TiO2以及R2O的大量存在,导致矾土基铁铝尖晶石的体积密度更低,烧结性能更差,用其制备的方镁石-铁铝尖晶石制品的性能较差。可见,合成铁铝尖晶石以矾土为原料是不合适的。     

不同粒度锌铝尖晶石加入量对方镁石-锌铝尖晶石性能的影响

以高纯镁砂(5～0.074、≤0.074 mm)为主要原料，分别以烧结法合成的锌铝尖晶石颗粒(5～0.074 mm)和细粉(≤0.074 mm)取代相应粒度的高纯镁砂，制备了方镁石-锌铝尖晶石试样，分别研究了锌铝尖晶石颗粒(加入质量分数分别为10%、15%和20%)和细粉(加入质量分数分别为5%、10%和15%)的引入量对试样性能的影响，并与市售的铁铝尖晶石砖的性能作对比。结果表明：1)随锌铝尖晶石颗粒引入量的增加，试样的显气孔率增大，体积密度和常温耐压强度降低，抗热震性能稍有提高；2)随锌铝尖晶石细粉引入量的增加，试样的常温物理性能和抗热震性能均有提高；3)当锌铝尖晶石以10%(w)颗粒料或5%～10%(w)细粉料引入时，其抗侵蚀性能均优于目前水泥窑使用铁铝尖晶石砖的。综合来看，锌铝尖晶石以5%(w)细粉形式引入的试样性能最好。     

铁铝尖晶石的合成及应用

以铁鳞和特级矾土为原料,分别采用埋石墨和在试样中加入石墨两种方式合成铁铝尖晶石.利用XRD检测了合成试样的物相组成,采用SEM观察和分析了合成试样物相的微观形貌分布.将合成的铁铝尖晶石加入到MgO-MgO·Al2O3系耐火材料中,研究了铁铝尖晶石含量对镁铝铁系耐火材料热震稳定性和挂窑皮性的影响.研究结果表明:采用埋石墨方式更有利于铁铝尖晶石的形成和致密化.当铁铝尖晶石含量为8％时,试样抗折强度剩余率为85％,比没加铁铝尖晶石的试样高,明显提高了热震稳定性;随着铁铝尖晶石含量的增加,挂窑皮效果增强,当铁铝尖晶石含量为8％时,砖与熟料之间结合紧密,而没有加入铁铝尖晶石的试样,砖与熟料之间有明显的缝隙.     

Characteristics of Hercynite and Its Application in Refractories

The characteristics of hercynite including crystal structure,chemical compositions and physical properties, R D background of hercynite,synthesis problems of hercynite,and roles of hercynite in refractories were reviewed. The application of hercynite in refractories was introduced with emphasis. The practical applications in cement rotary kiln showed the prepared magnesia hercynite brick had better performance than the original magnesia chrome brick obviously.     

等离子体反应合成铁铝尖晶石基复合材料

用喷雾造粒工艺制备了Fe2O3–Al复合粉体,通过等离子喷涂工艺制备出FeAl2O4基复合材料。对Fe2O3–Al复合粉颗粒在等离子体焰流内的状态变化、反应动力学、反应产物和急冷后材料的组织结构进行研究。结果表明：Fe2O3–Al复合粉颗粒在沉积前的温度为3 274.5℃,速率为179 m/s,主要反应产物为Fe–Al...     

铁铝尖晶石的制备

以铁鳞、Fe2O3粉及Al2O3粉为原料,分别采用烧结法、电熔法,进行铁铝尖晶石的合成.利用X射线衍射(XRD)检测了合成试样的物相组成,采用扫描电子显微镜(SEM)观察和分析了合成试样的物相的形貌和分布.研究结果表明:采用在配料中加入石墨和埋炭的方法均能营造弱还原性气氛,合成出铁铝尖晶石,但是铁铝尖晶石的含量仅为20%左右,采用合适的原料并利用电熔法能够合成铁铝尖晶石,含量在97%以上.     

Study on Properties of Magnesia-Hercynite Brick

Using magnesia and hercynite as materials, we researched the magnesia-hercynite brick in order to solve the problem of chrome-free brick used in the burning zone of cement rotary kiln. Effect of different firing temperature and different content of hercynite on properties of the brick were studied. The results show that the magnesiahercynite specimen fired at 1600℃ was densified and when the hercynite content is 7%, the cold crushing strength and the adhesive strength of rupture of the specimen have the highest value.     

反应烧结法合成铁铝尖晶石中二氧化硅的赋存状态

以Fe2O3、Al2O3和Si O2为原料,按照Fe O和Al2O3质量比为40.8:59.2配料,并在合成体系中引入质量分数为1%的二氧化硅,在高纯氮气下于1 600℃保温4 h。用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱和透射电子显微镜等对试样进行了表征,利用Fe O-Al2O3-Si O2三元相图对二氧化硅的存在状态进行了分析。结果表明:引入的二氧化硅没有进入铁铝尖晶石晶格,而是以Fe O-Al2O3-Si O2三元组分的非晶态形式存在于铁铝尖晶石晶粒间。在二氧化硅质量分数为1%时,含Si O2组分的非晶相呈不连续状态分布,未改变铁铝尖晶石晶粒间的直接接触。     

铁铝尖晶石的组成和结构

采用X射线、荧光光谱化学分析XRF、场发射扫描电镜FESEM、能谱分析EDS、X射线衍射XRD以及KMnO4溶液滴定等方法,对一种市售电熔铁铝尖晶石原料进行了分析。结果显示:该原料并不是纯的FeAl2O4,其主晶相为Fe(Al,Fe)2O4型固溶体,与磁铁矿型固溶体共生;次晶相为β-Al2O3,由氧化铝原料中的Na2O所致。     

板状刚玉粒度和加入量对高铁镁砂-烧结刚玉复合材料性能的影响

以粒度为3~1、≤1、≤0.088 mm的高铁镁砂,≤0.088 mm的高纯镁砂为主要原料,分别研究了不同加入量(质量分数分别为3%、6%、9%、12%、15%)和不同粒度(3~2、2~1、≤1 mm)的烧结板状刚玉对试样性能的影响,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:当烧结板状刚玉细粉加入量为6%(w)时,试样的显气孔率16%,体积密度2.99 g·cm-3,常温耐压强度80.9 MPa,荷重软化温度1 609℃,抗热震性达到20次,综合性能最好;改变加入刚玉的粒度,可以控制刚玉反应速度,同时影响高铁镁砂中Fe的扩散;铁在方镁石中固溶度大,高铁镁砂的引入可以起到方镁石改性的作用;由于铁氧化物的存在,高铁镁砂-刚玉体系在高温下易于促进镁铝尖晶石和铁铝尖晶石固溶体的形成。     

煤熔渣对镁铝尖晶石质耐火材料的侵蚀机制

为了实现水煤浆气化炉炉衬材料的无铬化,研究开发合适的耐火材料代替水煤浆气化炉用高铬砖,以尖晶石骨料及细粉、α-Al_2O_3微粉和轻烧Mg O微粉为原料,于1 600℃保温5 h烧成,制备了φ50 mm×40 mm、内孔为φ25 mm×25 mm的镁铝尖晶石质坩埚试样。采用静态坩埚法,借助XRD、SEM+EDS研究了高温煤熔渣对试样的侵蚀行为。结果表明:1)侵蚀后的镁铝尖晶石材料结构疏松,出现较明显的裂纹,煤熔渣完全渗入试样内部。2)经煤熔渣侵蚀后的镁铝尖晶石材料,物相组成发生变化,除原有的镁铝尖晶石外,还有新物相镁铁铝复合尖晶石相存在。3)煤熔渣对镁铝尖晶石材料的侵蚀机制是物理渗透为主,化学熔蚀为辅。     

反应烧结铁铝尖晶石添加量对镁铁铝尖晶石耐火材料性能影响

以反应烧结铁铝尖晶石和镁砂为原料,研究了添加1％、3％、5％、7％、9％和11％反应烧结铁铝尖晶石对制备镁铁铝尖晶石耐火材料的性能影响。利用XRD分析试样的物相组成,SEM观察试样的微观结构。结果表明：在1％～11％范围内,随着铁铝尖晶石添加量的增加,镁铁铝尖晶石耐火材料的热震稳定性和挂窑皮性能提高,但荷重软化温度降低;铁铝尖晶石加入量为5％时,镁铁铝尖晶石耐火材料有较大的体积密度、较高的常温耐压强度和较小的显气孔率。