闪速燃烧合成Fe_3Si-Si_3N_4复合粉体的基础研究

利用SEM和EDS等手段对原料FeSi75闪速燃烧合成产物的相组成和显微结构进行了分析。结果表明,产物Fe3Si-Si3N4复合粉体的结构单元是,以铁相材料为内核,外层包覆氮化硅的包裹体结构,其中铁相材料是Fe3Si和-αFe,表层氮化硅大多呈柱状结晶的-βSi3N4存在,α-Si3N4以微小圆形颗粒形式存在于致密层中。并对Fe3Si-Si3N4复合原料的高温稳定性及应用进行了初步探讨。

添加Si粉和Si3N4粉对Al2O3-SiC材料抗侵蚀性的影响

以40%～46%(质量分数,下同)的烧结刚玉(8～1 mm)和30%的碳化硅(0.5～0.074 mm)为主要原料,SiO2微粉(d50=2μm)、高铝水泥、α-Al2O3微粉(d50=4μm)等为辅助原料,Si粉(≤0.074 mm)和Si3N4粉(≤0.074 mm)为添加剂,外加定量的水和分散剂而制成Al2O3-SiC复合材料。利用回转侵蚀试验研究了分别添加3%和6%的Si粉或Si3N4粉对Al2O3-SiC复合材料抗高炉渣(碱度为1.3)侵蚀性能及表面致密层状况的影响。试验结果表明:添加Si粉有利于试样表面致密层的形成,明显改善其抗侵蚀性能,且随着Si粉添加量增加,致密层厚度增加;而添加Si3N4粉对表面致密层的形成和改善抗渣性能并没有明显贡献。

Si复合Al_2O_3-SiC材料热机械性能的研究

通过应力-应变关系、高温抗折强度等高温试验,研究了金属硅复合Al2O3-SiC材料的热机械性能,结合SEM和XRD,对金属硅复合Al2O3-SiC材料高温显微结构和物相进行分析。结果表明:金属硅作为一个组元,不仅能缓解Al2O3-SiC材料由于热膨胀系数不匹配产生的内应力,而且使Al2O3-SiC材料兼具有金属塑性的特点,从而改善了Al2O3-SiC无机材料热机械性能。

熔铸AZS回收料对Al_2O_3-SiC制品性能的影响

采用75%的特级铝矾土熟料(w(Al2O3)>90%)作骨料,15%的冶金碳化硅(w(SiC)=97%)、8%的结合粘土及2%的硅粉作基质粉,成型后于1400℃保温6h烧成,制成混铁炉渣线、出铁口用普通Al2O3-SiC制品,并在此基础上分别用5%、10%和15%的玻璃窑用后的熔铸AZS回收料(≤1mm和≤0.088mm两种粒度)替代等量的矾土熟料制成改性Al2O3-SiC制品,研究了熔铸AZS回收料对制品常温物理性能、抗热震性、抗氧化性以及抗渣侵蚀性的影响。结果表明:熔铸AZS回收料的引入,增大了基质液相的粘度,改善了制品的显微结构,有利于制品抗热震性能的提高,并对高钙渣系具有良好的抗冲刷及抗侵蚀性;综合考虑材料的各种性能,熔铸AZS回收料的加入量以10%为佳。

Si粉对矾土-氮化硅复合材料“自阻碍氧化”能力的影响

以高铝矾土和氮化硅为主原料,二氧化硅微粉、高铝水泥、α-Al2O3微粉等为辅助原料,Si粉为添加剂,外加定量的水和分散剂配制成70%(质量分数,下同)高铝矾土和10%氮化硅的矾土-氮化硅浇注料,并利用回转抗渣试验研究了不添加与外加2%和4%的Si粉对矾土-氮化硅浇注料抗高炉渣(碱度为1.3)侵蚀性能的影响。结果表明,添加Si粉明显改善其抗侵蚀性能,而且随添加量的增加,侵蚀指数显著降低。分析认为:1)矾土-氮化硅材料中非氧化物材料在表层的氧化和相继形成的SiO(g)在表层的沉积,使表面形成致密层,使材料具有"自阻碍氧化"能力;2)Si3N4氧化时,不论是生成SiO2还是SiO气体,均伴随着N2的生成和逸出,不利于材料表层致密度的提高;3)Si的存在不仅增加SiO的生成量,而且消除了N2的生成和排出,大大提高了表层的致密度,显著改善了复合材料的"自阻碍氧化"能力和抗渣铁侵蚀性能。

600t混铁炉内衬耐火材料的资源优化配置

通过分析混铁炉炉衬侵蚀机理及损毁原因,在应用综合炉衬技术基础上,对渣线和出铁口采用改性铝碳化硅砖,能使混铁炉炉衬实现均匀侵蚀,在一定程度上解决了混铁炉长寿问题。

铁元素在氮化硅铁中的存在状态

用化学分析、XRD,SEM,EDS等检测手段,首次对闪速燃烧工艺制备的新型合成原料———氮化硅铁(FeSi3N4)中铁元素的存在状态进行了研究。结果表明:以小于0.074mm的FeSi75颗粒为原料制备氮化硅铁时,FeSi75颗粒表面的硅原子氮化形成氮化硅包覆层,硅铁受热熔化;随着硅的持续氮化减少,铁含量相对增加,硅的氮化难度加大;最后,铁以Fe3Si和αFe两种形式保留下来,并且主要分布于氮化硅粉体颗粒的内部,并用热力学进行了分析。

氮化硅铁在Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料中的防氧化行为

将Al_2O_3-SiC-C系铁沟浇注料及分别添加 8% (质量分数)氮化硅、氮化硅铁的浇注料试样在空气中进行 1500℃ 3h热处理后,分别对氧化层进行形貌(SEM)及能谱分析(EDS),并结合热力学分析了氮化硅铁的防氧化行为:高温氧化气氛下,表面氮化硅铁中的Si3N4首先氧化生成SiO2,构成氧化层的主体;随着铁相材料的氧化,形成的氧化铁不但降低了氧化层的熔点,而且降低了熔体的粘度,增进熔体在材料表面上的润湿性及流动性,形成覆盖于材料表面的氧化层而阻止碳素氧化,使其具有比纯氮化硅更好的防氧化性能;另外,由于氮化硅铁在Al2O3 -SiC-C系材料中加入量少,而且试样内部的铁不是以氧化铁形式存在的,故对材料高温使用性能的影响不大。

硅铁闪速燃烧合成氮化硅铁

利用闪速燃烧合成新技术 ,以粒度≤ 0 .0 88mm的FeSi75硅铁细粉为原料 ,在 0 .2MPa的低氮气压力与 14 0 0℃的燃烧温度条件下 ,制备了细蜂窝状氮化硅铁。XRD和SEM分析结果表明 ,这种氮化硅铁主要由短柱状β Si3N4 相和Si3Fe相组成 ,其结构特征是以Si3Fe形成核心 ,并被Si3N4 包裹。同时 ,还用热力学原理探讨了由硅铁闪速燃烧合成氮化硅铁的工艺条件、形成产物的形式、反应的中间产物和残留金属的形态。热力学研究结论和实验检测结果相一致 。

较低温度下制备自结合氮化硅铁制品

为了深入了解闪速燃烧法制备的Fe-Si3N4作为高温领域中新型原料的优良特性,用粒度小于74μm的Fe-Si3N4原料制成φ50mm×80mm的试样,成型压力为250kN,经1500℃恒温3h空气条件下烧成后,在试样内部钻取φ36min×50mm圆柱体进行气孔率、体积密度及常温耐压强度等指标检测,并结合XRD,SEM,EDS及DTA-TG等进行了分析.结果表明,用纯Fe-_ Si3N4原料,不添加任何烧结助剂,依靠原料自身的Fe3Si以及原料中铁固溶体同氮化硅反应生成的Fe3Si的结合作用,在空气条件下低温烧成制备氮化硅铁耐火材料是可行的.

氮化硅铁在空气气氛中的烧结试验

以闪速燃烧法合成的粒度≤0.074mm氮化硅铁细粉为原料,以胶水为临时结合剂,在250kN的压力下液压成型,干燥后于空气气氛中1500℃保温3h烧成,冷却后在试样内部钻取36mm×50mm的试样,检测其显气孔率、体积密度和常温耐压强度,同时对该试样和氮化硅铁原料进行了XRD分析。结果表明:烧成后试样的显气孔率、体积密度和常温耐压强度分别为39.6%、2.10g·cm-3和34.5MPa;与氮化硅铁原料相比,烧成后氮化硅铁中除Fe相及SiO2消失外,其余物相都存在。

βSi_3N_4在含碳材料中转化为SiC的研究

以β-Si3N4及活性炭黑为原料,按照两者质量比为3: 1制成试样。在埋炭条件下,将试样分别在1480℃、1500℃、1550℃和1600℃保温3h热处理。利用SEM、EDS及XRD等检测方法,结合热力学分析,研究了高温状态下β- Si3N4在含碳耐火材料中的稳定性以及作为过渡相向碳化硅的转化。结果表明:在该试验条件下,β- Si3N4在含碳材料中将作为过渡相向SiC转化,明显的转化温度>1500℃, 1600℃仍存在较多未转化的氮化硅;氮化硅颗粒与炭黑的反应主要从接触面开始,然后向内逐步推进;β-Si3N4的粒度对其转化率影响较大。

Si复合Al_2O_3-SiC材料高温氧化行为研究

通过在不同条件下的氧化试验,结合SEM,研究了金属Si复合Al2O3-SiC材料的高温氧化行为。结果表明,金属Si优先SiC氧化有利于生成玻璃状薄膜,形成结构致密的保护层,保护了碳化硅不被氧化,同时使得内部金属Si保存下来;Si复合Al2O3-SiC材料的1350℃氧化过程包括前期化学反应控制和后期扩散控制两个阶段,扩散控制阶段反应符合Ginsterlinger扩散动力学关系。同Al2O3-SiC材料相比,Si复合Al2O3-SiC材料的氧化更早进入扩散控制反应阶段。

废镁铬砖在镁质喷补料中的应用研究

利用化学组成(质量分数):MgO66.75%,CaO1.25%,SiO21.51%,Fe2O36.82%,Cr2O319.61%的宝钢RH废镁铬砖生产了镁质喷补料。结果表明:用0.2%(质量分数)的六偏磷酸钠为分散剂时,50%(固相体积分数)的废镁铬悬浮液最稳定,流动性最好,废镁铬固体含量50%可以视为该悬浮体的临界值。废镁铬料添加量27%(质量分数)的试样RP3的性能指标均达到了纯镁质喷补料RP1和RP2的各项指标,并在现场应用中取得了令人满意的效果。

钙源粒度对低导热钙长石陶瓷性能的影响

为制备性能良好的低导热多孔钙长石耐火材料,以石英砂细粉为硅源,Al(OH)_(3)为铝源,选取石灰石细粉(平均粒径为1110.3 nm)、4种不同粒度的纳米碳酸钙(平均粒径分别为653.1、564.4、362.2和313.5 nm)作为钙源,分别在1100、1200、1300和1400℃保温3 h,采用高温固相反应制备了钙长石陶瓷,研究了热处理温度、钙源对钙长石陶瓷性能的影响。结果表明:不同种类钙源(石灰石和纳米碳酸钙)对合成的钙长石试样的物相组成影响不大,但纳米碳酸钙可明显降低生成钙长石相所需温度;随着钙源平均粒径从653.1 nm降低到313.5 nm,钙长石陶瓷由颗粒状向片层状和板柱状转变;试样的显气孔率在18.0%左右,体积密度在1.40 g·cm^(-3)左右,两者受影响不大;随着钙源粒度的减小,试样的常温耐压强度由15.3 MPa提升至19.3 MPa,热导率由1.893 W·m^(-1)·K^(-1)降低至1.633 W·m^(-1)·K^(-1),使用纳米碳酸钙可以降低钙长石陶瓷的热导率,为制备低导热陶瓷提供了一种技术途径。

矾土基莫来石的性能分析

为分析我国典型产区矾土基莫来石的性能特点,从山西、河南、湖南等典型产区获取8种矾土基莫来石原料,其中山西A、河南A、山西B、山西C为隧道窑烧制,河南B、山西D、湖南A为回转窑烧制,湖南B为电弧炉生产。研究8种矾土基莫来石原料的显气孔率、体积密度、吸水率、显微结构和物相组成。结果表明:(1)隧道窑煅烧的莫来石吸水率为2.5%~3.5%,莫来石晶粒发育完整,呈柱状,长径比大;(2)回转窑煅烧的莫来石吸水率≤2.0%,莫来石晶粒小;(3)电熔莫来石最致密,吸水率<1.0%,晶体发育粗壮且完整;(4)矾土基莫来石原料的主要物相皆为莫来石,部分原料含有少量刚玉和金红石相,其中,电熔莫来石玻璃相含量较少,烧结莫来石含8%~14%(w)的玻璃相。

填料对单组分硅烷改性聚醚密封胶浸水后性能的影响研究

考察了纳米碳酸钙、重钙及其表面处理对单组分硅烷改性聚醚密封胶浸水后性能的影响。结果表明:纳米碳酸钙和重钙复配可以改善密封胶的外观状态和加工性能,制得的密封胶更均匀细腻,挤出性变好;硬脂酸改性纳米碳酸钙与硬脂酸改性重钙复配制备的密封胶综合性能优势明显。

结合剂对莫来石-碳化硅耐火泥浆性能的影响

针对干熄焦斜道区特殊的工况条件,按照<0.044 mm的矾土粉45%、<0.044 mm的碳化硅粉40%、α-Al_(2)O_(3)微粉10%、黏土粉5%,外加水玻璃、磷酸二氢铝、树脂作为莫来石-碳化硅耐火泥浆结合剂,进行对比各结合剂对耐火粉料的适配性及所制备泥浆的抗折粘接强度、耐磨强度。结果表明:1)浓度大的水玻璃与酸洗、碱洗和无处理碳化硅均剧烈反应,鼓胀发泡严重。其原因是结合剂会与粉料中Si发生化学反应产生气体,导致发泡鼓胀。随着水玻璃浓度降低,碱性变弱,与莫来石-碳化硅粉料的适配性提高。当促硬剂A的加入量为2%时,可以实现8 h内硬化需求。2)磷酸二氢铝溶液与莫来石-碳化硅粉料的反应产生鼓胀程度相对较小,粉料中的单质Fe与磷酸二氢铝反应产生气体并形成发泡鼓胀。采用酸洗碳化硅可有效降低胶泥鼓胀程度。当促硬剂B的加入量为3%时,可以起到很好的促硬作用。3)树脂与莫来石碳化硅粉料的适配性好,不产生发泡鼓胀现象,但其高温粘接强度远远低于水玻璃和磷酸二氢铝溶液粘接的强度,建议在牛腿区慎重使用。

水泥种类对高铝质耐磨可塑料性能的影响

以高铝矾土、二氧化硅微粉和氧化铝微粉为原料,以磷酸二氢铝和磷酸为结合剂,制备了用于CFB锅炉的高铝质耐磨可塑料。重点研究市售60、65、70和75四种铝酸钙水泥对烘干后及1 100℃热处理后高铝质耐磨可塑料体积密度、常温力学性能、烧后线变化率、耐磨性及促凝性的影响,并通过XRD和SEM对热处理后试样物相组成和断面显微结构进行了分析。结果表明:随着铝酸钙水泥中氧化铝含量的增大以及氧化钙含量的减小,烘干和热处理后高铝质耐磨可塑料体积密度、常温力学性能和耐磨性会逐渐降低,并且氧化钙含量的减小还会削弱铝酸钙水泥对高铝质耐磨可塑料的促凝作用。热处理后高铝质耐磨可塑料物相组成为刚玉相和莫来石相,促凝剂铝酸盐水泥中氧化铝含量增大,会加强可塑料中刚玉相的结晶特征。