不定形耐火材料之浇注料的研究进展

介绍了不定形耐火材料中的一种以浇注方式施工的材料——浇注料,并根据笔者的研究成果及近年来有关浇注料新产品的制备、应用等方面的最新研究,系统地论述了焦宝石基浇注料、矾土基浇注料、莫来石基浇注料、刚玉基浇注料、镁质浇注料、轻质隔热浇注料和耐酸耐碱浇注料的性能和研究进展。在此基础上,展望了浇注料的发展趋势。

氧化硼对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料力学性能的影响

为了利用氧化硼“间接烧结”特性,进一步提升Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料的力学性能,以氧化硼(≤0.075 mm)为助烧剂,制备了以FM60莫来石颗粒、致密刚玉、碳化硅、α-Al_(2)O_(3)微粉等为主要原料的浇注料,探究了氧化硼细粉加入量(加入质量分数分别为0、0.2%、0.4%和0.6%)对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料结构与性能的影响。结果表明,添加氧化硼细粉会显著提升浇注料的加水量,但其有利于晶须状莫来石的生成,从而加强骨料和基质间的结合强度,试样的力学性能得到明显提升。但当氧化硼细粉加入量提高至0.6%(w)时,试样中莫来石晶须长径比减小,试样的强度降低。综合以上结果,氧化硼最佳加入量为0.4%(w)。

基于DEM的直吹管浇注料振压成型研究

为进一步提高直吹管浇注料填充质量,通过离散元方法研究了直吹管浇注料在1D竖直振动条件下的密实过程。采用整体加料、连续振动的实验方式系统地研究了振动时间t、振幅A、频率f和压制压力等因素对浇注料堆积致密化的影响规律,并确定获得最密堆积所对应的最佳工艺参数,结果表明:离散单元法能有效地模拟浇注料在直吹管内振动密实过程,合理的振动参数和压制压力能大幅度提高浇注料的堆积密度,相同的振动强度下,高频率低振幅的振动更有效,振幅为0.4 mm,频率为55 Hz,压制压力为1400 N时密实效果最佳。

不同碱度渣对刚玉-尖晶石浇注料的侵蚀行为研究

浇注料的抗渣侵蚀性能与钢渣的碱度密切相关。以烧结刚玉、缺陷尖晶石微粉、活性α-Al_(2)O_(3)微粉、电熔镁砂细粉和铝酸钙水泥(Secar71)为主要原料,制备了刚玉-尖晶石浇注料,采用静态坩埚法于1600℃保温3 h进行抗渣试验,并用热力学模拟计算了液相量和液相组成,研究了刚玉-尖晶石浇注料对3种不同碱度渣(1.6、2.3和7.6)的抗渣侵蚀性能。结果表明:刚玉-尖晶石浇注料在高碱度渣中溶解能力有限,在熔渣-耐火材料界面极易形成尖晶石固溶体和六铝酸钙等高熔点物相,形成致密层阻挡熔渣渗透和侵蚀。而其在低碱度渣中溶解度较高,在浇注料-熔渣达到较高反应程度时,才开始形成尖晶石固溶体和六铝酸钙等高温相,无法形成有效的致密层阻止熔渣对浇注料的侵蚀和渗透。因此,刚玉-尖晶石浇注料对高碱度渣抗渣侵蚀能力较强,对低碱度渣抗渣侵蚀能力较弱。

轻质高强莫来石浇注料的组分优化和性能增强

为积极响应双碳政策,减少工业能源消耗,亟需开发轻质高强耐火材料。以微孔莫来石、莫来石细粉、氧化铝微粉、氧化铝空心球和二氧化硅微粉为原料,水泥为结合剂,制备了轻质莫来石质浇注料,研究了氧化铝空心球加入量(加入质量分数分别为0、3%、6%和9%)对莫来石浇注料性能的影响。结果表明:氧化铝空心球能提高试样的气孔率,并促进氧化铝微粉和二氧化硅微粉生成莫来石相,解决了试样因显气孔率增大而力学性能降低幅度较大的问题。随着氧化铝空心球加入量的增加,试样的显气孔率明显增加,体积密度降低,热导率显著下降,抗热震性提高,强度降低较少。当氧化铝空心球添加量为9%(w)时,试样经1400℃热处理后的显气孔率较高,体积密度和热导率较低,但常温强度仍然较高。

菱镁矿尾矿细粉对MgO-SiO_(2)质浇注料性能的影响

为提高MgO-SiO_(2)质浇注料的烧结性能,缩短烧结时间并降低生产成本,以电熔镁砂、SiO_(2)微粉、板状刚玉细粉、碳化硅细粉和菱镁矿尾矿细粉为主要原料,制备了MgO-SiO_(2)质浇注料。研究了菱镁矿尾矿细粉加入量(加入质量分数分别为0、2%、4%、6%和8%)对浇注料流动性、显微结构以及力学性能的影响。结果表明:1)菱镁矿尾矿细粉分解生成的高活性MgO与SiO_(2)微粉原位反应促进了镁橄榄石颈部连接的形成,且原料中镁砂与刚玉细粉的原位反应促进了尖晶石颈部连接的形成;2)菱镁矿尾矿中的CaO和SiO_(2)等杂质在高温下与MgO反应生成了低熔点钙镁橄榄石相,在1500℃时以液相存在,促进了试样的烧结;3)添加4%(w)的菱镁矿尾矿细粉时,浇注料的综合性能最佳。

用后铁沟料加入量对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料性能的影响

为提高用后耐火材料的再利用率,以棕刚玉、用后铁沟料、白刚玉、碳化硅、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉等为主要原料,制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料。探究了用后铁沟料加入量(加入质量分数分别为0、14%、28%、42%和56%)对浇注料性能的影响。结果表明,随用后铁沟料加入量的增加,浇注料的加水量显著增加,试样经1450℃保温3 h热处理后由膨胀转变为收缩,试样经110℃保温24 h及1450℃保温3 h热处理后的体积密度、常温抗折强度、抗侵蚀性能均呈现下降趋势,但当用后铁沟料加入量不超过28%(w)时,性能下降幅度较小。将用后铁沟料加入量为28%(w)的浇注料用于1080和1350 m3高炉铁沟支沟与渣沟,取得了良好服役效果,主体结构服役周期大于70 d。

聚丙烯纤维对刚玉-六铝酸钙浇注料抗热震性能的影响

为改善刚玉-六铝酸钙浇注料的性能,以刚玉、六铝酸钙(CA_(6))、活性α-Al_(2)O_(3)微粉为主要原料,在1550℃保温4 h,制备了水合氧化铝结合的刚玉-CA_(6)浇注料,研究了不同聚丙烯纤维加入量(外加质量分数分别为0、0.04%、0.08%、0.12%和0.16%)对刚玉-CA_(6)浇注料性能尤其是抗热震性的影响。结果表明:1)聚丙烯纤维的加入可使试样平均线膨胀系数减小,但会导致试样强度和体积密度有所降低,进而导致弹性模量减小;2)适量聚丙烯纤维的加入可改善试样抗热震性,但过量的聚丙烯纤维会导致材料内部结构疏松、致密度减小,试样抗热震性反而有所降低;3)聚丙烯纤维加入量为0.08%(w)时,常温抗折强度保持率最高,为53.5%,表现出最佳的抗热震性能。

耐火浇注料用SiO_(2)、Al_(2)O_(3)和MgO微粉结合剂研究进展

结合剂是耐火浇注料的重要组成部分,为耐火浇注料提供了早期作业性能和力学强度,并可影响耐火浇注料在高温下的使用性能。对近年来耐火浇注料用SiO_(2)、Al_(2)O_(3)以及MgO微粉结合剂的研究进展及仍存在的一些问题作出了总结,期望为其进一步研究和更好的应用起到积极的推进作用。

垃圾焚烧锅炉一通道耐火材料采取浇注料与挂砖方式的对比研究

为了加强垃圾焚烧余热锅炉辐射受热面吸热能力,降低水平烟道入口烟温,分析了一烟道耐火材料采用挂砖方式的可行性。目前一烟道耐火材料采用浇注料方式,存在导热性能不足和抗氧化性能弱等问题,无法适应垃圾高热值变化。以单条线处理规模750 t/d、设计低位热值8372 kJ/kg的生活垃圾焚烧余热锅炉为计算对象,对比两种方式在材质检验、换热效果、经济效益等方面的差别。计算结果表明:采取挂砖方式,受热面总的传热系数是浇注料的1.3~1.67倍,从而锅炉最大连续出力工况下,一烟道出口烟温可降低32℃,同时烟气停留时间满足850℃、2 s环保监测要求。

活性氧化铝加入量对活性氧化镁结合刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为改善活性氧化镁结合刚玉-尖晶石浇注料的性能,以板状刚玉、活性氧化铝微粉、活性氧化镁微粉和乳酸铝为原料,制备了活性氧化镁结合刚玉-尖晶石浇注料,研究了活性氧化铝微粉加入量(加入质量分数分别为0、8%、13%和18%)对浇注料显微结构、物相组成、物理性能及抗渣侵蚀和渗透性能的影响。结果表明:1)活性氧化铝微粉的加入促进了活性氧化镁结合刚玉-尖晶石浇注料的烧结,提高了骨料和基质的结合程度,使浇注料显微结构更加致密;2)随着活性氧化铝微粉加入量的增加,试样体积稳定性提高,显气孔率降低,体积密度增加,常温抗折强度和耐压强度及抗渣性提高;3)当活性氧化铝微粉加入量为18%(w)时,活性氧化镁结合刚玉-尖晶石浇注料的综合性能最好(考虑到颗粒级配和原料成本的问题,没有必要再进一步增加活性氧化铝微粉),其体积密度为3.05 g·cm^(-3),显气孔率为18.5%,加热永久线变化为0.31%,常温抗折强度和耐压强度分别为13.5和73.8 MPa,抗渣性最佳。

石墨类型对Al_(2)O_(3)-MgO浇注料性能的影响

为开发高性能含碳浇注料,首先以Si粉和鳞片石墨为原料,采用熔盐隔离法,经1350℃保温3 h制备了SiC包覆石墨;然后以板状刚玉颗粒、白刚玉粉、电熔镁砂粉、氧化铝微粉、Secar 71水泥、SiO_(2)微粉等为主要原料,分别将鳞片石墨和SiC包覆石墨引入其中,经1100、1600℃埋碳热处理后制备了Al_(2)O_(3)-MgO浇注料空白试样以及Al_(2)O_(3)-MgO-C浇注料试样,研究了石墨类型对浇注料性能的影响。结果表明:1)与未添加石墨的Al_(2)O_(3)-MgO浇注料试样相比,加入鳞片石墨的浇注料试样成型所需加水量显著增加,常温抗折强度明显降低,显气孔率明显升高,但抗热震性和抗渣性有所改善;加入SiC包覆石墨的浇注料试样加水量略有增加,常温抗折强度有所降低,显气孔率略有增加,高温强度、抗热震性和抗渣性改善。2)随着热处理温度的升高,试样的常温强度、加热永久线变化率均明显增加。3)当加入5%(w)SiC包覆石墨,热处理温度为1600℃时,试样综合性能最佳,其常温抗折强度为16.9 MPa,显气孔率为16.0%,高温抗折强度为2.0 MPa,抗热震性和抗侵蚀性能良好。

不同种类铝镁尖晶石细粉对刚玉尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉颗粒和电熔尖晶石颗粒为骨料,以板状刚玉细粉、烧结或电熔尖晶石细粉、活性α-Al_(2)O_(3)微粉为基质,高纯铝酸钙水泥为结合剂,振动浇注成型,经1550℃高温烧成后制备刚玉尖晶石试样。研究了不同厂家烧结尖晶石细粉和电熔尖晶石细粉的化学成分、物相组成和粒度分布对刚玉尖晶石浇注料显微结构、烧后永久线变化率、显气孔率、体积密度、常温抗折强度、高温抗折强度和常温耐压强度的影响。

铝酸盐水泥结合莫来石不定形浇注料耐高温性能研究

采用不同类型的铝酸盐水泥与电熔莫来石制成莫来石不定形耐火浇注料,研究了在不同温度煅烧后的线变化率、显气孔率、体积密度、力学性能及荷重软化温度的变化,采用XRD、SEM及EDS对物相组成及微观形貌进行分析。结果表明,线变化率在不同温度煅烧后均呈收缩的趋势,显气孔率随煅烧温度升高不断增大,体积密度随煅烧温度升高先减小而后增大;莫来石质浇注料经不同高温煅烧后,其抗折强度随温度升高不断提高,抗压强度随温度升高不断降低;使用CA80水泥、CA70水泥制备的耐火浇注料荷重软化温度最高,分别为1462、1442℃。

养护湿度对CAC结合浇注料脱模强度的影响

以板状刚玉、氧化铝微粉、铝酸钙水泥为原料制备浇注料,研究了50℃时两种养护湿度(RH=30%,RH=80%)对CAC结合浇注料脱模抗折强度和耐压强度的影响。结果表明:1)CAC结合浇注料在低湿度下(RH=30%)养护比在较高湿度(RH=80%)养护的脱模强度更高;2)CAC结合浇注料在较低湿度下养护时,生成了板片状的水化物相C2AH8和AH3,板片状的C2AH8形成的相互交错网络互锁结构可为浇注料提供较高的脱模强度;3)CAC结合浇注料养护湿度提高至RH=80%,水化产物C2AH8逐渐转化生成C3AH6和AH3,粒状的水化产物C3AH6与试样内部各组分之间空隙大幅增加,造成高湿度条件下养护浇注料强度降低。

硅溶胶结合炉缸自流浇注料的研究

为了进一步提高硅溶胶结合炉缸自流浇注料性能,以白刚玉、SiC、Al2O3微粉、硅微粉为主要原料,以硅溶胶为结合剂,制备了炉缸浇注料,研究了钛粉、铝粉、碳化铬对炉缸浇注料性能的影响。结果表明:通过引入碳化铬细粉、金属铝粉、钛粉原位生成碳化物陶瓷,极大的提高了炉缸浇注料的力学性能。

新一代六铝酸钙质浇注料的研制与应用

针对钢包永久层用高铝质浇注料热导率较高、受温度影响大、厚度受容积限制的特点,以六铝酸钙骨料和细粉、Al_(2)O_(3)微粉为主要原料,以铝酸钙水泥为结合剂,研制了钢包永久层用六铝酸钙质浇注料。该浇注料在500、800、1000℃时的热导率均在0.63 W·m^(-1)·K^(-1)左右,受温度变化影响小,隔热保温效果好;200 t钢包永久层采用六铝酸钙质浇注料配合绝热保温板使用后,钢包包壁外壳温度与原用高铝质浇注料永久层比较,温度平均降低30~50℃。预期通过骨料适度轻量化、减少用量及结构变化,可将六铝酸钙材料的成本降低20%~35%,同时钢水温降减少,可大幅降低钢厂的生产成本。

低水泥自流耐火浇注料

简述了加有ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３微粉的高铝质低水泥自流浇注料中所涉及的化学过程。研究了ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３微粉、高铝水泥含量、加水量对低水泥耐火浇注料物理性能的影响。讨论了分散剂、促凝剂、延迟硬化剂在低水泥自流耐火浇注料中的作用。

玻纤生产过程废浇注料回收铂、铑的工艺研究

以玻纤生产过程的废浇注料为原料,采用球磨破碎、碱焙烧、王水溶解、有机相选择沉铑、氯化铵沉铂作为主要工艺回收铂、铑,取得良好的效果。浸出前通过碱焙烧-水溶去除废料中的硅、铝杂质,避免铂、铑在硅、铝元素包裹下难以完全浸出,同时可降低提纯难度。结果表明,碱加入量是废料质量的1.5倍,在750 ℃温度下焙烧40 min时,使用王水浸出,铂、铑的浸出率均在99%以上。使用二乙烯三胺可选择性沉淀浸出液中的铑,完成铂、铑的分离。反应温度为65 ℃,二乙烯三胺加入量为溶液中铑含量的8.5倍时,铑的沉淀率最高,可达到99.98%,同时溶液中的铂不沉淀。铂、铑分离后分别提纯,即可得到所需的海绵铂及铑粉。采用该工艺,铂、铑的回收率可达到99%,生产的海绵铂及铑粉的纯度均大于99.95%。

Al_(2) O_(3)-MgAl_(2) O_(4)复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响,在基质中添加与不添加尖晶石细粉的2种情况下,分别以板状刚玉骨料和Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料制备了刚玉-尖晶石浇注料。先利用FactSage反应热力学软件计算了1600℃时板状刚玉和Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料与熔渣之间的反应热力学,并采用浸泡法研究了2种骨料的抗渣性能,再采用静态坩埚法研究了2种骨料对浇注料抗渣性能的影响。结果表明:与板状刚玉骨料相比,Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料侵蚀层中的裂纹细而少,遭受熔渣侵蚀后不易剥落,其过渡层中既有CA 6相也有尖晶石相,而且尖晶石相中固溶有Fe、Mn元素,该骨料不仅通过形成CA 6层来阻挡熔渣侵蚀,而且通过尖晶石吸收熔渣中FeO、MnO等物质而降低熔渣的黏度,进而起到抵抗熔渣侵蚀的作用。由Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料替代板状刚玉骨料,浇注料试样的侵蚀和渗透面积百分率均有所降低,尤其在基质和骨料中同时引入尖晶石可更加有效地提高刚玉-尖晶石浇注料的抗渣性能。