轻质骨料种类对高铝浇注料性能的影响

为了降低高铝浇注料的体积密度和热导率，研究了分别以轻质微孔莫来石、高铝多孔熟料和氧化铝空心球为骨料的三种高铝浇注料的烘干及1 250℃热处理后的性能。结果表明：1)浇注料的烘干强度主要取决于所用轻质骨料的强度，1 250℃热处理后的强度还与浇注料的烧结程度有关；热导率主要受骨料的致密度以及气孔的大小和分布影响。2)比较后发现，以轻质微孔莫来石为骨料制备的浇注料的常温强度和高温抗折强度较大，热导率较低。     

加入陶瓷空心微珠对氧化铝空心球轻质浇注料性能的影响

为了降低氧化铝空心球轻质浇注料的体积密度并优化其综合性能,在氧化铝空心球轻质浇注料中引入陶瓷空心微珠替代部分高铝矾土粉,研究陶瓷空心微珠加入量(质量分数分别为0、2%、4%、6%和8%)对该浇注料的体积密度、常温强度、热导率、烧后线变化率的影响。结果表明,在氧化铝空心球轻质浇注料中引入陶瓷空心微珠替代部分高铝矾土粉,可以降低氧化铝空心球轻质浇注料的体积密度和热导率,但耐压强度和常温抗折强度也稍有降低。从综合性能来看,氧化铝空心球轻质浇注料中陶瓷空心微珠的最佳加入量为2%~4%(w)。     

玻化微珠轻质浇注料的研制

以体积密度小、吸水率低、热导率低的玻化微珠(加入量为40%~60%)和CA-70高铝水泥(加入量为40%~60%)为原料研制了轻质浇注料,并分别研究了玻化微珠用量对轻质浇注料常温强度、体积密度、烧后线变化率的影响。结果表明:(1)对于室温下养护7d后和800℃3h、1000℃3h热处理后的玻化微珠轻质浇注料,随着玻化微珠用量的增加,强度下降,但用量超过50%后,强度下降趋缓;(2)随着玻化微珠用量的增加,轻质浇注料的干态和湿态体积密度均下降;(3)轻质浇注料在800℃8h热处理后各试样的线收缩率接近且都较小,仅0.1%左右;但在1000℃3h热处理后各试样的线收缩率都较大,且随着玻化微珠用量的增加而增大。由此可以推断,此类玻化微珠轻质浇注料可以且只能用于800℃以下的中低温热工窑炉与设备的保温隔热。     

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...     

镁砂颗粒加入量对高纯铝镁浇注料性能的影响

为了降低刚玉-尖晶石浇注料的原料成本,以粒度8~5 mm的烧结镁砂等量取代刚玉浇注料中8~5 mm的板状刚玉,取代量(w)分别为0、10%、15%、20%、30%,经配料、混练、成型、干燥后,分别在1 000和1 500℃保温3 h热处理,检测干燥及热处理后试样的致密度、常温强度,热处理后试样的线变化率,干燥后试样的高温抗折强度和抗渣性能,并按最佳配方生产钢包座砖预制块进行了现场应用试验。结果表明:1)随着镁砂颗粒加入量的增加,烘干后试样的体积密度减小,显气孔率略有增大,强度变化不大且没有明显的规律;1 000和1 500℃保温3 h热处理后线变化率增大,体积密度减小,显气孔率增大,强度下降,高温抗折强度减小;抗渣侵蚀性和抗渣渗透性变差,但在镁砂颗粒加入量为10%(w)时并未明显下降。2)镁砂颗粒加入量为10%(w)的浇注料在工业应用试验中取得较满意的效果,并且每吨浇注料的原料成本下降约300元。     

不同轻质骨料对高铝浇注料性能的影响

为了提高轻质高铝浇注料的中高温强度,降低加热永久线变化,研究了体积密度分别为1.54、1.42g·cm-3的2种轻质高强微孔矾土骨料以及体积密度为1.53 g·cml的普通轻质高铝骨料对轻质浇注料110℃24 h烘干、1000℃3h和1400℃3h烧后性能的影响.结果表明:110℃ 24h烘干后,利用体积密度为1.54 g·cm-3的微孔轻质骨料和1.53 g·cm-3的普通轻质高铝骨料所制备的浇注料的体积密度均为1.80g·cm-3左右,轻质骨料体积密度越低,利用其所制备的浇注料体积密度越低,显气孔率越高;轻质骨料内部孔径微小化,可明显提高轻质浇注料各温度处理后的常温耐压强度和常温抗折强度,降低轻质浇注料的加热永久线变化;由于微孔骨料内显气孔率较高,利用其制备的轻质浇注料500℃低温下热导率比普通轻质高铝骨料的高,但在1000 ℃下相差不大,均在0.42 W·m-1·K-1左右.由此可见,轻质高铝骨料内部孔径微小化和Al2O3含量的提高使轻质浇注料的性能更优.     

炭化炉用低导热耐酸浇注料的研制与应用

为了制备一种热导率小、耐酸侵蚀性能强的炭化炉内衬,以棕刚玉、莫来石、氧化铝空心球和SiC等为主要原料,纯铝酸钙水泥和SiO2微粉为结合系统,经110℃24 h烘干和1 100℃3 h、1 350℃3 h处理后,分别研究了氧化铝空心球含量(质量分数6%、10%、15%、18%、22%)和碳化硅含量(质量分数0、4%、6%、8%、10%、12%)对炭化炉耐酸浇注料性能的影响。结果表明:氧化铝空心球的加入有利于浇注料体积密度和热导率降低,同时也会引起浇注料强度的降低,本试验中1~0.2 mm的氧化铝空心球的合适加入量(w)为15%;通过加入碳化硅粉能够显著提高试样的耐酸性能,但使得浇注料的热导率增大,在兼顾浇注料的耐酸性能和热导率的条件下,本试验中小于≤0.074 mm的碳化硅粉的合适加入量(w)为8%。耐酸浇注料经过在炭化炉上的使用表明,研制的浇注料耐酸侵蚀性好,而且能够明显降低炭化炉表面的热损失,使用效果良好。     

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。     

镁橄榄石加入量对镁质浇注料性能的影响

为降低镁质浇注料的原料成本,用镁橄榄石骨料部分替换镁质浇注料中等粒度的镁砂骨料,研究了镁橄榄石加入量(加入质量分数分别为0、16%、32%)对不同温度(110、1 000和1 500℃)处理后浇注料性能的影响。结果表明:随着镁橄榄石加入量的增大,浇注料烘干后体积密度减小,显气孔率变小,强度增大;1 000和1 500℃热处理后,浇注料体积密度减小,显气孔率增大,强度增大,抗渣侵蚀性降低,抗渣渗透性以镁橄榄石加入量为16%(w)时最好。     

高性能镁尖晶石质浇注料的研制

以不同粒度的电熔镁砂(≤8、≤0.088 mm)和铝镁尖晶石细粉(≤0.088 mm)为主要原料,经振动成型制备了一系列镁尖晶石质浇注料试样,探讨了镁质结合剂和活性氧化铝微粉加入量(w)分别为1%、2%、3%、4%和5%时对浇注料试样分别经110、1 000和1 600℃热处理后物理性能的影响,并将优选的合适配方试样与RH炉用烧成镁尖晶石砖进行了常规物理性能、抗热震性能和抗渣性能比较。结果表明:当镁质结合剂加入量(w)由1%增至2%时,试样经不同温度处理后的强度显著增加;但当其加入量超过2%(w)后,试样经不同温度处理后的强度尤其是在1 450℃的高温抗折强度逐渐向相反的方向变化;当活性氧化铝微粉加入量(w)由1%增至3%,试样经110℃热处理后的强度下降较快,但经1 000和1 600℃热处理后的强度和线膨胀率及高温抗折强度却呈现增加的趋势;当加入量超过3%(w)后,试样的高温抗折强度开始下降。研制的镁尖晶石质浇注料经1 600℃处理后具有较高的致密度及骨料和基质间存在微细裂纹的特征,与烧成镁尖晶石砖相比,具有较好的抗热震性能、抗渣性能和较低的高温强度。     

二铝酸钙加入量对刚玉浇注料性能的影响

为了改善刚玉浇注料的性能,以白刚玉、二铝酸钙(CA₂)、活性α-Al₂O₃微粉和纯铝酸钙水泥为主要原料,制备了刚玉浇注料,研究了CA₂加入量(加入质量分数分别为0、20%、30%、40%)对刚玉浇注料性能的影响。结果表明：1)随着CA₂的增多,刚玉浇注料的体积密度大幅减小,110℃烘干和800℃热处理后的常温耐压强度明显改善,而1 200℃热处理后的常温耐压强度变化不明显;2)随着CA₂的增多,浇注料的平均热膨胀系数逐渐降低,热导率大幅降低,试样经800℃水冷热震后的抗折强度保持率大幅提升;3)CA₂的引入大幅提升了刚玉浇注料的透气性,且不影响刚玉浇注料的抗氢气还原性能。     

纳米硫酸钡对氧化铝空心球的表面涂覆

为了改善氧化铝空心球的抗铝液浸润性能及强度,采用纳米硫酸钡对氧化铝空心球进行表面涂覆。以氯化钡、硫酸铵和EDTA二钠盐为原料,采用液相法在室温、pH=5.0的条件下制得纳米硫酸钡乳液,再用此乳液对氧化铝空心球进行涂覆,并分别在400、600、800、1 000℃下进行热处理。然后采用SEM观察了涂覆前后氧化铝空心球表面的显微结构特征,并进行了抗铝液浸润性及耐压强度测试。结果表明:随着热处理温度的升高,空心球表面涂层的致密度和均匀性提高,经1 000℃热处理的氧化铝空心球表面有一层均匀和完整的硫酸钡;表面涂覆硫酸钡后的氧化铝空心球具有优异的抗铝液浸润性能,且其耐压强度明显高于未涂覆的氧化铝空心球。     

Al(OH)_3加入量对Al_2O_3-CaO-MgO浇注料性能的影响

为了避免常见Al2O3-CaO-MgO轻质浇注料使用重基质造成的与轻质骨料性能差异较大的问题,以微孔轻质CA6-MA骨料(8~5、5~3、3~1 mm)、w(Al2O3)=99.5%的速烧刚玉(≤0.045、≤0.074 mm)、α-Al2O3微粉、Al(OH)3(≤0.045 mm)等为原料,研究了在Al2O3-CaO-MgO轻质浇注料的基质中引入不同量的Al(OH)3(其质量分数分别为0、1%、3%和5%)对其烧后性能的影响。结果表明:随Al(OH)3加入量增加,Al2O3-CaO-MgO轻质浇注料的加水量增加,体积密度略有降低,常温耐压强度呈下降趋势,对试样的常温抗折强度和高温抗折强度(1 400℃1 h)影响不大,热导率减小;经1 600℃3 h热处理后,加入质量分数3%Al(OH)3的浇注料基质中由大量交叉排列的六方片状六铝酸钙转变为多层叠加状。综合考虑Al2O3-CaO-MgO轻质浇注料的各项性能,Al(OH)3的合适加入质量分数为3%。     

轻烧铝矾土骨料对Al_2O_3-SiO_2质超低水泥浇注料性能的影响

为实现Al2O3-SiO2质浇注料的轻量化而采用部分轻烧铝矾土骨料,将w(Al2O3)为71%的铝矾土生料分别经900和1 100℃轻烧,破碎分级成5~3、3~1和≤1 mm的骨料。在矾土基超低水泥浇注料基础配比中,分别以质量分数15%、30%和45%的轻烧骨料等量取代特级矾土熟料,检测了各项常规性能并借助扫描电镜观察了显微结构。结果表明:随轻烧骨料加入量的增多,浇注料的需水量增加,显气孔率增加,体积密度下降;1 350℃烧后的加热永久线变化率呈下降趋势,但即使加入轻烧料高达45%(w)时,仍能保持残余膨胀;烘干后的抗折强度有所下降,但对1 000和1 350℃烧后抗折强度影响不大,甚至1 000℃烧后的强度有所增加;1 300℃的高温抗折强度有所降低。对于使用温度在1 350℃以下气氛炉用铝硅质浇注料,用900~1 100℃轻烧铝矾土骨料部分取代其熟料骨料,可实现浇注料的轻量化。     

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。     

添加Si粉-埋碳热处理对刚玉浇注料性能的影响

为了进一步提高刚玉浇注料的高温使用性能,在超低水泥刚玉浇注料中加入不同质量分数(分别为0、4%、6%、8%、10%)的Si粉,经振动浇注成型、养护、烘干后,在埋碳条件下于1 400℃热处理6 h,测定试样的加热永久线变化率及烧后试样的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度以及1 200和1 400℃的热态抗折强度,并对部分热处理后试样进行了XRD和SEM分析。结果表明:1)在刚玉浇注料中引入Si粉,并在埋碳条件下热处理可显著提高浇注料的热态强度。2)埋碳热处理后,试样中不仅形成了非氧化物SiAlON和SiC,而且生成了莫来石,可有效提高浇注料在1 400℃的热态强度。     

电熔铁铝尖晶石加入量对镁铁铝尖晶石浇注料挂窑皮性的影响

为提高水泥回转窑用耐火材料的挂窑皮性能,延长使用寿命。以高纯镁砂、电熔铁铝尖晶石和硅灰为主要原料,六偏磷酸钠为结合剂,研究了电熔铁铝尖晶石的加入量(质量分数分别为6%、8%、10%和12%)对镁铁铝尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:随着电熔铁铝尖晶石加入量的增加,试样的常温耐压强度和体积密度先增大后减小,在加入量为10%(w)时,试样的耐压强度和体积密度最大。经过高温热处理后,电熔铁铝尖晶石中的Fe~(2+)和方镁石中Mg~(2+)发生离子交换反应形成的环状裂纹,对镁铝铁浇注料结构的柔韧性有良好的促进作用;同时Fe~(2+)向镁砂中扩散,提高了试样的挂窑皮性能。综合各项性能,电熔铁铝尖晶石加入量为10%(w)时,镁铝铁浇注料的体积密度和常温耐压强度最大,挂窑皮性能也最优。     

加入氧化铝空心球对莫来石浇注料性能的影响

为了提高以莫来石为主原料、纯铝酸钙水泥为结合剂的莫来石浇注料的性能,在其中添加氧化铝空心球,并研究其加入量(质量分数分别为0、10%、20%和30%)对该浇注料体积密度、显气孔率、热导率、常温强度、荷重软化温度、抗热震性的影响。结果表明:随着氧化铝空心球加入量的增加,试样的显气孔率增大,体积密度减小,常温抗折强度和耐压强度降低,热导率减小,荷重软化温度及抗热震性能变化不大。可见,在莫来石浇注料中引入氧化铝空心球,可明显改善浇注料的保温性能。     

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。     

锆英石加入量对莫来石-碳化硅浇注料性能的影响

采用烧结莫来石(5～3、3～1、≤0.088 mm)、碳化硅(3～1、1～0.5、≤0.5 mm)、锆英石细粉、SiO2微粉、Secar 71水泥和ρ-Al2O3细粉为主要原料,分别研究了锆英石加入量(w)为3%、6%、9%和12%时,对莫来石-碳化硅浇注料性能的影响。结果表明:1)随着锆英石加入量的增加,试样的线收缩率减小,体积密度变大,1 200℃热处理后强度稍有降低,1 500℃埋炭热处理后强度先增大后减小;2)加入锆英石并不能改善莫来石-碳化硅浇注料的抗热震性能;3)加入锆英石可以改善试样的耐磨性能,以质量分数6%为最好。