铜冶金用镁铬耐火材料抗渣性的研究现状

这是一篇冶金陶瓷材料领域的论文。镁铬质耐火材料由于具有优异的高温强度和抗渣性,并且具有良好的使用性能,被广泛应用于炼铜工业。本文从理论上综述了铜冶金用镁铬耐火材料侵蚀机理的研究现状,并明晰了炉渣温度、原料物性如品位和Cr_2O_(3)的含量以及添加剂因素影响镁铬耐火材料抗渣性的作用机制,最后依据研究现状总结了提高镁铬耐火材料服役寿命的主要途径,为未来镁铬耐火材料的结构设计和性能调控提供指导与帮助。

RH真空炉衬用无铬耐火材料抗渣性能的研究

对镁锆质、镁尖晶石质、镁尖晶石钛质和镁尖晶石锆质4种典型的无铬耐火材料的抗渣侵蚀性能进行了研究,并与RH真空炉下部槽用镁铬砖进行了对比。结果表明:炉渣对耐火材料的侵蚀主要是通过炉渣中铁氧化物、CaO、SiO2和MnO向材料内部扩散而产生的侵蚀反应造成的。镁锆质材料中的ZrO2吸收炉渣中的CaO生成高耐火性能的CaO.ZrO,使镁锆材料较其他3种MgO基无铬耐火材料具有更优良的抗炉渣侵蚀性。

金属氮化物结合刚玉质滑板抗渣性研究

对Al AlN Al2O3滑板与Al2O3 C滑板在1 600 ℃×3 h及1 650 ℃×3 h条件下,进行了坩埚法抗钢渣侵蚀实验。抗渣试验表明:Al AlN Al2O3滑板试样较之Al2O3 C滑板试样具有更优良的抗渣侵蚀能力。其原因可归于Al AlN Al2O3滑板的致密组织结构及金属Al和AlN的有益作用。AlN难以被钢渣润湿,可减缓钢渣的侵蚀和渗透;AlN的结合密实作用可阻碍金属铝的熔出。金属 Al高温下氧化形成Al2O3,刚玉与熔渣中的MgO反应形成Al2O3 MgO尖晶石,均使熔渣粘度及反应层致密度提高,因此提高了Al AlN Al2O3滑板的抗渣侵蚀能力。

SiO_2微粉结合镁质浇注料的基质组成与抗渣性能

借助XRD、SEM和相图分析对SiO2 微粉结合镁质浇注料的基质组成与抗渣性能的关系进行了研究。结果表明 :随着SiO2 微粉加入量的增加 ,镁质浇注料的抗渣渗透性提高 ,因为生成的液相中SiO2 增多 ,粘度提高 ;当SiO2 微粉加入量为3%时 ,可得到较理想的基质 ,此时试样的显气孔率较低 ,组成合理 ,抗侵蚀指数最小 ;SiO2 微粉加入量过小 ,耐火材料中液相出现的温度较低 ;SiO2 微粉加入量过大 。

电熔镁锆合成料的抗渣性研究

采用坩埚法研究了不同组成的电熔镁锆合成料的抗渣性。结果表明 :镁锆合成料比镁质材料具有更好的抗渣渗透性。随着原始配料中锆英石的增加 ,合成料抗渣渗透性增强。当配料中锆英石配入量超过 8%后 ,合成料的抗渣渗透性改善已不明显。文中还探讨了镁锆合成料抗渣渗透性机理。

添加物对RH法用镁铬砖高温挥发性和抗渣性的影响

在电熔再结合镁铬砖中分别加入 3 %的高温下比Cr2 O3稳定的添加物TiO2 、ZrO2 和Al2 O3,研究了这些添加物对其高温挥发性和抗渣性的影响。结果表明 :这些添加物可有效地抑制镁铬砖的高温挥发 ,提高制品的抗渣性。同时 ,由于减小了熔渣侵入而形成的致密层的厚度 ,使其结构剥落损毁明显减小。在实验所选用的添加物中 ,以加入α Al2

Al_2O_3-Cr_2O_3砖显微结构对抗渣性能的影响

分别采用静态坩埚抗渣法和回转抗渣法,对w(Cr2O3)=10%的A和B两种Al2O3-Cr2O3砖进行了抗渣性能对比。结果发现:两种砖的化学组成、显气孔率、体积密度和抗热震性相近,B砖强度优于A砖的。但由于与B砖相比,A砖内部气孔尺寸更小,所用电熔白刚玉骨料形貌平滑,较为致密,粒度呈连续式分布,且A砖中Al2O3-Cr2O3固溶体发育较小,相互交错,形成了孔隙较小的空间网状结构,这种显微结构显著降低了熔渣对耐火材料的渗透和破坏,使A砖的抗渣性优于B砖的。因此,制备微气孔化结构的制品是提高Al2O3-Cr2O3材料抗渣性能的有效途径。

AlON对Al_2O_3-MgO钢包浇注料抗渣性的影响

在Al_2O_3-MgO钢包浇注料中引入6％的AlON后,用静态坩埚法考察了添加AlON的浇注料在不同气氛条件下1600℃ 3h的抗渣性,采用SEM分析了试样的显微结构。结果表明:在埋炭保护条件下,添加AlON后浇注料的抗渣性得到改善;在大气气氛中,未加抗氧化剂的试样的抗渣性恶化;分别加入SiC、Si和B_4C作抗氧化剂后,抗渣性虽有所改善,但仍比空白试样和含AlON试样在埋炭保护条件下的抗渣性稍差。抗渣性与加入到浇注料中的AlON是否氧化和材料内部能否形成和保持由尖晶石、六铅酸钙和刚玉构成的相组合有关。

基质组成对铝镁浇注料抗渣性能的影响

通过静态坩埚侵蚀实验,研究了铝镁浇注料的基质组成对浇注料的渣侵蚀和渗透深度的影响,并对其显微结构进行了分析.研究结果表明,增加镁砂加入量或采用具有较大颗粒的镁砂,可以提高铝镁浇注料的抗渣侵蚀性能;但增大镁砂的临界粒度或镁砂配比过高,浇注料基质部分产生疏松,渣在浇注料中的渗透深度增加.添加硅微粉在一定程度上恶化了浇注料的抗渣侵性能,但可以大幅度改善浇注料抗渣渗透性.水泥加入量对浇注料抗渣性的影响,呈现出与硅微粉相反的趋势.

含ZrO_2添加剂对方镁石-尖晶石耐火材料抗渣性能的影响

采用电熔镁砂、电熔镁铝尖晶石为主要原料，用坩埚法研究了三种含ＺｒＯ２ 添加剂对方镁石－ 尖晶石耐火材料抗渣性能的影响。结果表明：引入的ＺｒＯ２ 能有效吸收渣中的ＣａＯ，形成高熔点的ＣａＺｒＯ３ 固相堵塞在气孔中，阻止了炉渣的进一步渗透，又有效地降低了ＣａＯ 对尖晶石的分解作用及ＣａＯ、ＳｉＯ２ 等对主晶相方镁石的侵蚀作用；同时，ＺｒＯ２ 的引入能促进烧结，提高高温固相直接结合率，对提高抗渣性也有着十分重要的意义。

尖晶石性质对刚玉-尖晶石不烧砖抗渣性的影响

采用静态坩埚法研究了添加3种不同性质尖晶石的刚玉-尖晶石不烧砖的抗渣性能,并通过XRD、SEM和EDAX分析了尖晶石的晶粒尺寸、晶格畸变对试样抗渣性的影响。结果表明:(1)尖晶石的晶粒尺寸影响试样的抗侵蚀能力,晶粒尺寸越大,试样抗侵蚀能力越强;(2)晶格畸变较大时,尖晶石在渣/耐火材料界面处吸收熔渣中Fe、Mn离子能力更强;(3)尖晶石的晶格畸变影响试样的抗渗透性能,当晶格畸变较大时,可吸收渣中更多的阳离子,改变渗透渣的成分,使渣富硅化,黏度增大,阻碍了熔渣进一步渗透。

不同类型镁钙砂对MgO-CaO-C砖抗渣性的影响

分别以30%(w)的烧结镁钙砂A、烧结镁钙砂B、电熔镁钙砂3种镁钙砂原料与62%(w)的电熔镁砂、8%(w)的鳞片石墨制备了3种CaO质量分数均为6%的MgO-CaO-C砖。利用回转抗渣法对比了3种MgO-CaO-C砖抗CaO-SiO2渣的侵蚀性能,并对残砖进行了SEM分析。结果表明:(1)MgO-CaO-C砖抗CaO-SiO2渣侵蚀的能力与镁钙砂的致密度成正比,电熔镁钙砂抗渣侵蚀性能及挂渣性能皆优于烧结镁钙砂。(2)镁钙砂的CaO的分布影响MgO-CaO-C砖的抗渣性能:电熔镁钙砂的CaO形成连续相而将MgO与渣隔离开来,更有利于抗CaO-SiO2渣侵蚀;烧结镁钙砂的CaO分布不均匀,会导致MgO-CaO砂的不均匀熔损,进而加速渣对其侵蚀。

镁锆质浇注料的抗渣性研究

采用坩埚法研究了镁锆质浇注料的抗渣性。结果表明:随着配料中锆英石的增加,浇注料抗渣渗透性增 强,抗渣侵蚀性降低。文中主要探讨了镁锆质浇注料抗渣渗透性机理。

镁钙质中间包涂料的抗渣性研究

以表面改性处理的抗水化镁钙砂为原料制成了镁钙质涂料 ,并利用显微镜、扫描电镜等分析手段对其抗渣性进行了研究。结果表明 :研制的镁钙质涂料在高温下与渣反应形成了致密层 。

钢包渣线浇注料基质组成及其抗渣性

采用特级高铝矾土熟料和电熔镁砂为主要原料，研究了Al2O3-MgO系浇注料中MgO/Al2O3质量比对浇注料基本性能的影响，并分析对比了基质中添加适量工业氧化格、镁锆合成料及矾土尖晶石对浇注料抗渣性的影响及其规律。结果表明：恰当控制基质中MgO/Al2O3质量比及在基质中添加适量的工业氧化铬等组分，可明显提高浇注料的抗渣性。

Al_2O_3-MA-SiC-C质浇注料的抗渣性能

以电熔白刚玉、镁铝尖晶石、SiC细粉、活性α-Al2O3微粉、球状沥青、Si粉、ρ-Al2O3、氧化硅微粉和铝酸钙水泥为原料制备了Al2O3-MA-SiC-C质浇注料。振动浇注成型后采用静态坩埚法测定了浇注料抗渣侵蚀性,利用X射线衍射、电子探针仪和能谱等手段分析了1500℃埋炭处理3h后试样的物相、显微结构和微区成分,以研究结合剂种类(ρ-Al2O3+氧化硅微粉和铝酸钙水泥+氧化硅微粉)、尖晶石和SiC的加入量对浇注料抗渣性能的影响。结果表明:采用ρ-Al2O3+氧化硅微粉结合的浇注料的抗渣性能明显高于采用铝酸钙水泥+氧化硅微粉结合的,这主要与其在高温下形成的物相有关;随着镁铝尖晶石加入量的增多,浇注料的抗渣性能总体上呈升高趋势;随着SiC加入量的增多,浇注料的抗渣性能显著提高,当SiC加入量(质量分数,下同)为25%时,浇注料的抗渣性能最好;加入过多的镁铝尖晶石和SiC对浇注料的抗渣性能不利,这主要同高温下材料中MgO-Al2O3-SiO2系低熔物的形成有关。

SiO_2对镁锆合成料抗渣性的影响

用吸渣荷软法研究了 Si O2 成分对镁锆质合成料抗渣性的影响。结果表明 :由于镁锆合成料中 Si O2 含量的不同 ,故在与渣作用时形成的低熔点相不同 ;随着合成料中 Si O2 含量的提高 ,吸渣荷重软化温度明显下降 。

电站锅炉用SiC质耐火材料抗渣性的研究

以SiC粉和Al2O3粉为主要原料,分别添加5%(质量分数,下同)的ZrO2粉或锆英石粉和5%、10%的Cr2O3粉以及4%的羧甲基纤维素(CMC),按照配料组成配料后,以成型压力为20MPa制成40mm×40mm×30mm的试样。试样经120℃干燥8h后,置于硅钼棒炉中,于1420℃保温5h烧成后,分别采用经900℃保温2h处理后的粉煤灰在1400和1450℃下进行抗侵蚀试验。结果表明:SiC质材料随着温度的升高,抵抗灰渣侵蚀能力不断下降,在1400℃时的抗渣性明显优于1450℃时的;在SiC质材料中分别加入5%的ZrO2或锆英石,前者的抗渣性能强于后者;含Cr2O3为10%的SiC质材料比含5%Cr2O3的具有更好的抗渣性。

精炼钢包用MgO-CaO浇注料的抗渣性研究

采用动态回转法研究了MgO-SiO2-H2O结合和聚磷酸盐结合的MgO-CaO浇注料的抗渣性,以MgO-CaO砂和CaCO3作CaO源,比较了CaO的引入方式对其抗渣性的影响。利用X射线衍射分析测定了各类浇注料在1 600℃烧后的相组成,借助SEM和EDAX分析了MgO-CaO浇注料经渣蚀后的显微结构。研究表明,MgO-CaO浇注料中的CaO在高温烧成时参与了基质相的反应,CaCO3细粉的引入加大了CaO在基质中参与反应的程度。聚磷酸钠结合的MgO-CaO浇注料在高温烧成时生成高熔点的结合相硅磷钙钠(NC4PS),有助于提高抗渣能力。MgO-SiO2-H2O结合浇注料中的低熔点相钙镁橄榄石和镁蔷薇辉石(CMS、C3MS2)随CaCO3的引入而增多,对抗渣性不利。

氮化硅对刚玉质高炉喷补料抗渣性能的影响

以板状刚玉为原料,纯铝酸钙水泥和SiO2微粉为结合剂,制成刚玉质高炉喷补料的坩埚试样,然后在还原气氛中于1550℃3h进行抗高炉渣的侵蚀试验,研究了氮化硅加入量(分别为0、5%和10%)对刚玉质高炉喷补料的抗渣侵蚀性能的影响,通过对侵蚀试样的微观分析,得出了渣侵蚀机理。结果表明:刚玉喷补料中不加氮化硅时,渣很容易侵蚀喷补料,而加入5%和10%的氮化硅后,改善了喷补料的抗渣渗透性,大大提高了其抗渣能力;氮化硅在喷补料基质中呈网状结构,这也是提高喷补料抗渣侵蚀能力的主要原因。