烧结尖晶石细粉加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为了改善刚玉-尖晶石浇注料的高温性能,以质量分数分别为10%的15~8 mm的白刚玉、58%的≤8 mm的白刚玉、5%的≤0.08 mm的白刚玉、14%的≤0.045 mm的白刚玉、9%的α-Al2O3微粉、4%的水泥制备了刚玉-尖晶石浇注料。在固定以5%(w)的≤0.048 mm的烧结尖晶石等量替代≤0.045 mm的白刚玉基础上,研究≤0.038 mm的烧结尖晶石等量替代≤0.045 mm的白刚玉的加入量(质量分数分别为1%、3%、5%和7%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:烧结尖晶石细粉的添加可以改善材料的高温抗折强度和抗热震性能,并且在≤0.038 mm的烧结尖晶石细粉加入量为5%(w)时,试样的高温抗折强度最高,抗热震性最好。分析认为,刚玉在烧结尖晶石细粉中的固溶作用,对试样的高温性能影响较大。     

尖晶石种类对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

采用板状刚玉颗粒（6～3、3～1、≤1 mm）及细粉（0.045 mm）、电熔尖晶石颗粒（≤1 mm）及细粉（0.045 mm）、烧结尖晶石颗粒（≤1 mm）及细粉（0.045 mm）、活性尖晶石微粉(d₅₀=1.82μm)、活性α-Al₂O₃微粉(d₅₀=1.68μm)、Secar 71水泥等原料制备了刚玉-尖晶石浇注料。研究了不同种类尖晶石（电熔尖晶石、烧结尖晶石、烧结尖晶石+活性尖晶石）对浇注料性能的影响。结果表明：1)在刚玉-尖晶石浇注料中引入不同的尖晶石对试样经110℃保温24 h烘干后的抗折强度和耐压强度影响不大，但采用电熔尖晶石能降低加水量，提高流动性，得到优良的施工性能；2)采用电熔尖晶石有利于材料的抗渣侵蚀性能，但在抗渣渗透性及抗热震性方面，烧结尖晶石更占优势；3)加入适量的活性尖晶石微粉可以弥补烧结尖晶石的不足，提高浇注料的可施工性能，但对抗热震性会产生一定负面影响。     

尖晶石加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉、尖晶石、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥为原料,研究了尖晶石加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%、15%、18%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:随着尖晶石加入质量分数在0～18%范围内的增加,试样的高温抗折强度和抗渣性能均逐渐改善;试样的抗热震性呈先下降后上升趋势,以尖晶石加入质量分数为9%时最差;试样1 550℃3 h处理后的冷态强度呈先上升后下降的趋势,以尖晶石加入质量分数为9%时最大。     

烧结刚玉骨料致密度对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为了研究烧结刚玉骨料致密度对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响,首先以工业Al₂O₃粉为原料制备不同致密度的烧结刚玉;然后以不同致密度的烧结刚玉为骨料制备刚玉-尖晶石浇注料,并研究了刚玉-尖晶石浇注料的致密度、强度、抗热震性和抗渣性等性能。结果发现：1)随着工业氧化铝粉成球坯体致密度的增大,制成的烧结刚玉的致密度和晶粒尺寸逐渐增大。2)随着烧结刚玉骨料致密度的增大,刚玉-尖晶石浇注料的需水性减小;烧后浇注料的致密度和常温强度增大,抗热震性变差。抗渣侵蚀性除采用体积密度为3.45 g·cm^-3的烧结刚玉骨料的浇注料明显较差外,其他浇注料的差别不大。3)综合考虑,烧结刚玉骨料的体积密度以3.51～3.55 g·cm^-3为佳。因此,不能片面地认为烧结刚玉的体积密度越大越好;过高的体积密度会导致耐火材料抗热震性能变差,并增加耐火材料单重。     

锆刚玉加入对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

在刚玉-尖晶石浇注料的配比组成中分别加入ZrO2质量分数为28.46%和38.47%的两种电熔锆刚玉颗粒,研究了电熔锆刚玉颗粒的粒度(5～3、3～1和1～0.5 mm)、加入量(质量分数分别为3%、5%和8%)对刚玉-尖晶石浇注料的加热永久线变化率、烧后常温抗折强度、高温抗折强度及热震后弹性模量的影响,并观察了试样的显微结构。结果表明:1)试样的加热永久线变化率随锆刚玉粒度的增大而增大,随锆刚玉加入量的增多而增大,引入锆刚玉Z40的试样的加热永久线变化率基本上比引入锆刚玉Z25的大;2)烧后试样的常温抗折强度、高温抗折强度和弹性模量均以空白试样的为最大,均随锆刚玉粒度的减小而增大,随锆刚玉加入量的增多而减小;3)在刚玉尖晶石浇注料中适当加入锆刚玉而产生微裂纹,尽管降低了材料的强度和弹性模量,但对提高抗热震性有一定的积极作用。     

ZrO2对刚玉-尖晶石浇注料抗热震性能的影响

为制备具有优良抗热震性能的刚玉–尖晶石浇注料,在浇注料中加入0～9%（质量分数,下同）的氧化锆,通过测试弹性模量和残余抗折强度研究了氧化锆对刚玉–尖晶石浇注料抗热震性能的影响。利用X射线衍射和扫描电子显微镜分析了刚玉–尖晶石–氧化锆浇注料抗热震性能的影响机制。结果表明：刚玉–尖晶石浇注料的弹性模量随氧化锆加入量增加逐渐降低,由129 GPa（未加ZrO2）降至93.6 GPa（加入9%ZrO2）,而残余抗折强度随氧化锆加入量增加而升高,经5次1 100℃水冷热震循环后,残余抗折强度保持率由59%（未加ZrO2）提高到83%（加入9%ZrO2）。提高刚玉–尖晶石浇注料抗热震性能的机制为微裂纹增韧、ZrO2粒子弥散增强和钉扎效应等多重因素共同作用。     

ZrO2对刚玉-尖晶石浇注料抗热震性能的影响

为制备具有优良抗热震性能的刚玉–尖晶石浇注料,在浇注料中加入0～9%（质量分数,下同）的氧化锆,通过测试弹性模量和残余抗折强度研究了氧化锆对刚玉–尖晶石浇注料抗热震性能的影响。利用X射线衍射和扫描电子显微镜分析了刚玉–尖晶石–氧化锆浇注料抗热震性能的影响机制。结果表明：刚玉–尖晶石浇注料的弹性模量随氧化锆加入量增加逐渐...     

加入纳米碳酸钙对刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响

以烧结刚玉为骨料,电熔白刚玉粉、电熔尖晶石粉、α-Al2O3微粉、纳米碳酸钙以及水合氧化铝为基质,研究了纳米碳酸钙加入量(质量分数分别为0.4％、0.8％、1.2％、1.6％、2.0％)对刚玉-尖晶石质浇注料经不同温度处理后抗折强度、抗热震性和抗渣性的影响.结果表明:加入的纳米碳酸钙在高温下分解,并原位生成铝酸钙系矿物,能明显提高浇注料在800～1400 ℃处理后的常温和热态抗折强度;加入纳米碳酸钙能明显提高浇注料的抗热震性能,对浇注料抗高碱度渣性能的影响较小,但明显降低了其抗低碱度渣的侵蚀性和渗透性.     

不同基质组成的刚玉-尖晶石浇注料性能研究

以板状刚玉、电熔尖晶石和铝酸钙水泥为原料,设计了尖晶石细粉质量分数分别为0、7.5%、15%和22.5%的4组浇注料,每组浇注料又依水泥量的不同设计了m(CaO)/m(Al2O3)分别为0.03、0.06、0.09、0.15、0.18的5个配方,制备了不同基质组成的刚玉-尖晶石浇注料试样,系统研究了试样经1 600℃3 h处理后的性能(尤其是高温抗折强度和抗热震性)及基质显微结构。结果表明:1)高温下尖晶石与基质中的Al2O3发生固溶而影响浇注料的高温强度,加入7.5%~15%质量分数的尖晶石细粉时,基质中的Al2O3与尖晶石固溶程度较大,基质的结合强度较强,高温强度明显较高;而加入尖晶石较多时,Al2O3量相对降低,减弱了固溶产生的结合,形成了"松散"的基质结构,可有效提高浇注料的抗热震性,因此加入22.5%质量分数尖晶石细粉的浇注料抗热震性最优。2)随着铝酸钙水泥的增加,浇注料的体积密度逐渐减小,常温抗折强度和弹性模量逐渐降低;当基质中m(CaO)/m(Al2O3)=0.09时,基质中刚玉细粉和Al2O3微粉与水泥在高温下全部反应,生成了大量交错分布的板状六铝酸钙,浇注料的高温抗折强度最高,抗热震性最好。     

纯铝酸钙水泥对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉、电熔尖晶石、Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥(Secar71)为基质,研究了纯铝酸钙水泥加入量对刚玉-尖晶石浇注料常温性能、高温强度和抗热震性能的影响.用X射线衍射仪分析了材料的物相组成.结果表明: 随纯铝酸钙水泥加入的增加,烧后试样的抗折强度先增加后降低.1600 ℃烧后试样的热态强度在600～1000 ℃时变化不大,1000 ℃后快速下降.随纯铝酸钙水泥含量的增加,热震后试样的残余抗折强度和残余抗折强度保持率增加,抗热震性有所改善;纯铝酸钙水泥对浇注料的性能有显著的影响,主要与水泥中的CaO与Al2O3之间的反应产物有关.     

Effect of composite micro-powder added with α-Al2O3 and zirconium basic carbonate on the structure and properties of corundum castable

This article aims to illustrate the influence of the composite micro-powder of α-Al₂O₃ and zirconium basic carbonate (ZBC) on the microstructure, mechanical and thermal properties, and slag resistance of corundum castable. The results show that the addition of the composite micro-powder to corundum castable sintered at 1550 °C optimized its pore structure, which presented an apparent porosity of 16.8% and a slump in pore size from 10.80-45.72 μm to 0.36–1.83 μm. The ZrO₂ dissolving from ZBC combined with corundum matrix to form “intergranular” and “intragranular” submicron structures, which promoted the densification of matrix structure and improved the strength of castable by 25.8%–42.9%. In terms of slag resistance, castable with composite micro-powder saw an absorption of liquid slag in micropores and a Cr-rich complex spinel blocking layer with high melting point during slag erosion. Moreover, the in-situ ZrO₂ could enter slag to boost its viscosity, thus inhibiting the penetration capacity. Consequently, the penetration and erosion ratios of castable reduced by 6.32% and 83.99%, respectively.     

低水泥刚玉浇注料的高温抗折强度研究

采用板状刚玉、电熔白刚玉、工业氧化铬微粉、α-Al2O3微粉、Secar71水泥、烧结尖晶石粉为原料,研究了水泥、α-Al2O3微粉、氧化铬微粉、尖晶石粉以及烧成温度对低水泥刚玉基浇注料高温抗折强度的影响。研究结果表明:烧成温度、水泥、尖晶石和α-Al2O3微粉对低水泥刚玉基浇注料的高温抗折强度影响较大。烧后膨胀越大,高温抗折强度越低;1700℃烧后试样的高温抗折强度高于1600℃烧后试样的高温抗折强度;控制加热永久线变化率,添加合适的水泥、α-Al2O3微粉和粒度细的尖晶石粉可以得到高温抗折强度高的试样。     

烧成制度和结合剂对刚玉-莫来石窑具性能的影响

以板状刚玉(粒度为3～1mm和≤1mm)、莫来石(粒度≤1mm)和αAl2O3微粉为原料,分别加入一定量的高岭土和硅胶-铝胶(其中Al、Si的物质的量比为3)作为结合剂,在燃油倒焰窑中经不同的烧成制度(分别加热至1000℃、1150℃、1200℃、1300℃和1500℃保温1h后,继续升温至1700℃烧成)烧制成刚玉-莫来石窑具材料,并对比研究了这两种结合剂在上述保温温度下处理1h后的相变化及其对刚玉-莫来石材料强度和抗热震性的影响。结果表明:硅胶-铝胶结合剂中莫来石的显著形成温度约为1150℃,远低于高岭土的1500℃;在相同的烧成制度下,以硅胶-铝胶为结合剂的刚玉-莫来石试样的常温抗折强度比以高岭土为结合剂的低,而其抗热震性优于以高岭土为结合剂的。     

刚玉细粉对镁质浇注料性能的影响

以电熔镁砂为主要原料,通过改变刚玉细粉的加入量,在110℃、24h烘干及1 500℃、3h烧成制度下,研究了刚玉细粉的加入量对镁质浇注料性能的影响。结果表明,当刚玉细粉的加入量大于或小于6%时,镁质浇注料显气孔率大、耐压强度低、抗渣性能差。当刚玉细粉加入量为6%时,镁质浇注料综合性能优良。     

尖晶石微粉对铝镁质钢包浇注料性能的影响

研究了尖晶石微粉（MgO15．98％）的加入量对铝镁质浇注料作积密度、显气孔率、强度、热震稳定性及抗渣侵蚀与渗透能力的影响。当尖晶石微粉的加入量为2％～4％时,铝镁质浇注料的性能较好。微粉粒径、加入量、MgO的含量等诸因素相配合是很重要的。     

刚玉骨料种类与粒度对刚玉-莫来石材料抗热震性的影响

以莫来石和电熔白刚玉或板状刚玉为骨料,氧化铝粉、氧化硅粉、红柱石粉为基质料,纸浆为结合剂,同时以≤0.15 mm(100目)的刚玉细骨料取代较粗(1～0.15 mm或0.5～0.15 mm)的刚玉骨料,制备了2个系列、不同粒度级配的刚玉-莫来石试样,并分别以抗折强度保持率和弹性模量保持率为评价指标,研究了刚玉骨料种类和粒度对刚玉-莫来石材料性能的影响。结果表明:1)分别以白刚玉和板状刚玉为骨料时,刚玉-莫来石材料热震后的弹性模量保持率与抗折强度保持率并不完全一致;2)以≤0.15 mm骨料代替较粗骨料,虽能提高材料强度,但可能会降低其抗热震性能。分析认为:刚玉-莫来石材料抗临界危险裂纹扩展能力与材料热震强度保持率一致,相对于弹性模量保持率,以强度保持率作为此类材料抗热震性的评价标准更为合适;由于板状刚玉骨料周围残余应力的存在,热震实验后以板状刚玉为骨料的刚玉-莫来石材料具有更高的抗折强度保持率。     

CaO含量对刚玉质浇注料性能与显微结构的影响

通过控制铝酸钙水泥加入量,研究了CaO含量分别为0、0.5%、1.3%、1.7%、2.5%、3%、3.5%、4.9%、5.6%和7.5%时对刚玉质浇注料烧结性能、抗热震性和显微结构的影响,同时借助XRD、SEM、EDS和高温热膨胀仪等手段对浇注料的物相变化、热膨胀系数和显微结构进行了分析和观察。结果表明:刚玉质浇注料中CaO含量显著影响着浇注料的烧结性能、抗热震性及其显微结构,当CaO含量低于2.5%时,随着CaO含量的增加,浇注料中片状CA6逐渐增多,并伴随着大量的体积膨胀,导致浇注料体积密度下降,显气孔率上升;当CaO含量超过2.5%时,随着CaO含量增加,浇注料中CA2相含量增加,CA6相含量逐渐减少,浇注料体积密度开始增加,显气孔率下降,线膨胀率减小,CaO含量高于5.6%的浇注料出现了收缩;刚玉质浇注料的抗热震性与显微结构密切相关,CaO含量为4.9%～7.5%的刚玉质浇注料具有很好的抗热震性,这是由于浇注料基质中粒状CA2与片状CA6相互穿插,刚玉骨料边缘片状CA6向基质中生长,强化了基质与骨料的结合,同时CA2相具有低膨胀性,导致浇注料具有较高的强度保持率和抗热震性。     

不同碱度的精炼渣对刚玉-尖晶石浇注料的侵蚀行为

用静态坩埚法研究了两种不同碱度的精炼渣对刚玉 -尖晶石浇注料的侵蚀行为。结果表明 :高碱度的渣对浇注料的侵蚀轻微 ,反应层很薄 ,只有 15～ 30 μm ;而低碱度的渣与浇注料的渗透反应层厚达 17mm左右。渣的组成不同及渣与浇注料反应的生成物不同是造成此差别的主要原因。     

Cr2O3对MgO-Al2O3系浇注料性能的影响

研究了氧化铬的引入方式及引入量对钢包渣线用MgO-Al2O3系浇注料性能的影响.结果表明,以工业氧化铬方式引入Cr2O3比以镁铬尖晶石方式引入Cr2O3对材料的热震稳定性更有利,Cr2O3的引入量控制在2%～4%时,材料的抗渣性可以得到显著改善.     

Effect of the particle size distribution of spinel on the mechanical properties and thermal shock performance of MgO–spinel composites

The influence of varying the amounts of spinel with a similar median particle size, but with different distribution, on the mechanical properties and thermal shock performance of MgO–spinel composites was investigated. Mechanical properties of composites decreased significantly with increasing spinel content due to the thermal expansion mismatch. However, γ_WOF values of composites increased markedly, because of a significant change in the fracture mode from transgranular to intergranular fracture. A narrow distributed spinel A (Alcoa MR66) particles resulted in shorter initial crack propagation distances from the spinel particles, but spinel B (Britmag 67) particles with a significantly broader distribution were the origins of longer interlinked cracks. The improved resistance to thermal shock in MgO–spinel composites can therefore be attributed to the microcrack networks developed around the spinel particles, associated with the high values of γ_WOF, and not to an increased K_1c. On the basis of theoretically calculated R values and experimentally found γ_WOF/γ_i ratios, resistance to thermal shock damage would be more strongly favoured with materials containing spinel B particles, rather than spinel A, for which a much larger volume% was required to achieve a similar improvement.