抗氧化剂对铁沟浇注料性能影响的研究

介绍了以棕刚玉、活性氧化铝、水泥、硅微粉、球沥青为主要原料制备了ASC(Al_(2)O_(3)-SiC-C)铁沟浇注料,研究不同抗氧化剂对浇注料各性能的影响。结果表明:对于抗氧化性及高温抗折强度,抗氧化剂DT1400N效果好于碳化硼粉,碳化硼粉好于碳化硅微粉,碳化硅微粉好于325目金属硅粉和200目金属硅粉;对于常温抗折强度、耐压强度,碳化硅微粉、碳化硼粉及DT1400N的效果相当,325目金属硅粉和200目金属硅粉稍差;对于中高温抗折强度、耐压强度,由于抗氧化能力的提高,坯体因氧化疏松而减轻,抗氧化剂DT1400N效果好于碳化硼粉,碳化硼粉好于碳化硅微粉,碳化硅微粉好于金属硅粉。根据试验研究结果,添加新型抗氧化剂DT1400N的铁沟浇注料,其使用效果最佳。

抗氧化剂对Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

在Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料抗氧化行为研究的基础上,对比研究了碳化硼、单质硅的添加及其二者复合对浇注料显微结构与性能的影响。研究结果表明:随着碳化硼加入量的增加,浇注料的抗氧化性和致密性得到改善,常温和高温力学性能、抗熔渣侵蚀和渗透能力显著提高;但是,碳化硼加入量过高可导致含硼低黏度液相的生成量增加,并降低浇注料的抗熔渣侵蚀性能。单质硅的添加及不同粒径硅粉的复合,有利于浇注料致密性和抗氧化能力的提高;控制小粒径单质硅的加入量,同时降低低熔点复合硅酸盐液相的生成量,有利于保持浇注料优良的抗氧化性、力学性能和抗熔渣侵蚀性能。

Si_3N_4-Fe对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

利用Si3N4 的优良性质及金属塑性相Fe的作用 ,将其添加到高炉出铁沟用Al2 O3-SiC -C浇注料中 ,以改善材料的力学性能和抗氧化性能。对高温处理后试样强度、显气孔率测试以及对氧化层的SEM分析 ,结果表明 ,添加适量的Si3N4 -Fe ,材料的显气孔率降低 ,强度提高 ,抗氧化性增强。

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。

B_4C加入量对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响

以电熔棕刚玉为骨料,碳化硅、白刚玉、硅粉、球沥青、硅微粉、氧化铝微粉及高铝水泥为细粉,按大颗粒、中颗粒、细粉的质量比为55∶15∶30配料,分别外加0、0.2%、0.4%、0.6%的碳化硼细粉,加水和少量减水剂共混后,振动成型为160 mm×40 mm×40 mm的试样。自然干燥24 h脱模后,再自然干燥24 h,在空气气氛中分别于800、1 000、1 200、1 550℃下热处理3 h。检测各温度热处理后试样的线变化率、显气孔率、体积密度、耐压强度、抗折强度以及抗氧化性,高温抗折强度是在空气气氛中于1 400℃0.5 h进行检测,并利用XRD分析部分试样经高温抗折试验后的物相组成。结果表明:由于B4C在较低温度下氧化产生少量液相,一方面促进了材料的烧结,增大了中温强度;另一方面在材料表面形成防氧化膜,阻碍了炭素材料的氧化,利于次生β-SiC的形成,因而增大了浇注料的高温抗折强度。在本试验条件下,B4C加入量为0.4%时,浇注料的力学性能最好。

原位生成SiAlON增强Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料的力学性能

根据热力学计算 ,在还原气氛下 ,通过引入Si3N4 和提高Si的加入量等途径原位合成制备出SiAlON增强Al2 O3-SiC -C浇注料是完全可行的。实验研究了Si3N4 的加入量和Si的加入量对Al2 O3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响。结果发现 :随着Si3N4 加入量的提高 ,材料的力学性能先增大 ,后减小 ,加入量为 6 %时材料力学性能最佳 ;Si的加入量对材料性能的影响较为显著 ,材料的力学性能随着其加入量的增多而逐渐提高 ,其最佳加入量为 5 %。XRD及SEM分析结果表明 ,SiAlON增强Al2 O3-SiC -C铁沟浇注料性能优良的根本原因是由于Si3N4 、Si与Al2 O3原位反应生成的SiAlON改变了材料基质结合形式 ,提高了基质的固

矾土骨料对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

为降低铁沟浇注料的原料成本,以粒度>1 mm的高铝矾土熟料GL-90和矾土均化料GL-88分别替代常规棕刚玉质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料中>1 mm的棕刚玉颗粒,研究了这两种不同矾土骨料对铁沟浇注料的影响。结果表明:不同矾土骨料对铁沟浇注料的流动性、体积密度、强度以及抗渣侵蚀性均有不同程度的影响。相对矾土均化料而言,品位较高的高铝矾土熟料更适合作为铁沟浇注料中棕刚玉的替代品,以其为主要骨料制成的铁沟浇注料,其各项性能指标与以常规棕刚玉质铁沟浇注料的更为接近,而且在铁水温度不高、热冲击较小的中小型高炉上,这种铁沟浇注料与棕刚玉质铁沟浇注料的使用效果差别不大;而在铁水温度较高、热冲击大的高炉上,与棕刚玉质的使用效果差别较大,尤其是在撇渣器前端回旋区,应尽量使用棕刚玉质的铁沟浇注料。

炭素原料对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

以棕刚玉、碳化硅、铝酸盐水泥及超微粉等为原料制备了棕刚玉基Al2O3-SiC-C铁沟浇注料,研究了球状沥青加入量对其性能的影响,并确定了球状沥青的最佳加入量;在此基础上,进一步研究了鳞片石墨外加量对该浇注料性能的影响。结果表明:随着球状沥青加入量的增加,浇注料的需水量增加,体积密度减小,显气孔率升高,强度降低,抗渣侵蚀性先提高后降低;当球状沥青加入质量分数为3%时,浇注料需水量增加的幅度与强度降低的幅度并不明显,且抗渣侵蚀性最好;在球状沥青加入质量分数为3%的前提下,外加质量分数0.5%的鳞片石墨可使该浇注料的强度略有增加,抗渣侵蚀性进一步提高,但鳞片石墨质量分数超过0.5%后,反而使浇注料的需水量增大,显气孔率升高,强度降低,抗渣侵蚀性变差。现场使用效果表明,以3%质量分数的球状沥青配合0.5%质量分数的鳞片石墨作为炭素原料制备的棕刚玉基Al2O3-SiC-C铁沟浇注料,具有施工性好,易烘烤,性能优良,质量可靠的优点,在大型高炉出铁场上使用,其一次通铁量可达到19.8万t。

改性石墨对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

为了解决鳞片石墨因密度小、润湿性差和分散困难而难以在浇注料中使用的问题,首先采用硅烷偶联剂KH-560对≤0.178和≤0.074 mm的鳞片石墨分别进行改性处理,得到两种粒度的改性石墨;然后在传统Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料配方(w):电熔致密刚玉62%、SiC粉24%、α-Al2O3微粉5%、纯铝酸钙水泥4%、SiO2微粉3%、球状沥青(≤1 mm)2%的基础上,分别用0.5%(w)的改性前后的石墨等量取代球状沥青,以研究KH-560硅烷偶联剂改性鳞片石墨对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响。结果表明:与原石墨相比,改性后石墨的分散性明显改善,浇注料的需水量大幅降低,且加入≤0.178 mm改性石墨的试样分散效果较好;含石墨试样的常温物理性能均有所下降,但加入≤0.178 mm改性石墨的试样强度和体积密度都明显高于加入其他石墨的,仅略低于无石墨的;加入石墨的试样抗渣性能明显得到提高,且加入≤0.178 mm改性石墨试样的抗渣性能最佳。综合考虑浇注料的各项性能,认为经硅烷偶联剂改性的鳞片石墨可部分取代球状沥青,且最佳粒度为≤0.178 mm。

Si_3N_4加入量对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

以电熔棕刚玉、碳化硅、α-Al2O3微粉、白刚玉、硅灰、硅粉为主要原料,以高铝水泥为结合剂,制备了铁沟浇注料,研究了Si3N4加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%)对试样性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:(1)随着Si3N4加入量的增加,不同温度处理后Al2O3-SiC-C试样体积密度和常温强度基本上呈先增大后减小,显气孔率呈先减小后增大的变化趋势,Si3N4的适宜加入量为3%～6%。(2)中高温热处理时,试样中的Si3N4部分氧化生成了活性很高的SiO2,进而与Si3N4和α-Al2O3反应生成了O’-SiAlON结合相。(3)高温处理后试样的高温抗折强度随Si3N4加入量的增加而增大,而未经高温处理的试样的高温抗折强度则随着Si3N4加入量的增加而减小,这与试样中O’-SiAlON相的生成量有关。

硅溶胶结合Al2O3-SiC-C铁沟浇注料的力学性能研究

为了研究硅溶胶结合Al2O3-SiC-C材料的力学性能,以电熔棕刚玉和碳化硅为主要原料,硅溶胶为结合剂,制备了Al2O3-SiC-C铁沟浇注料,研究了其在110、300、500、700、900、1 100、1 300、1 450℃热处理后的常温物理性能和高温(1 400℃)抗折强度,并借助XRD、SEM等进行物相和显微结构分析。结果表明:随着热处理温度的升高,试样常温强度增加,烧后线变化率增大,体积密度先减小后增大,显气孔率先增大后减小,转折温度在700℃;高温抗折强度超过6 MPa。其原因在于:在中低温下,硅溶胶脱水形成—Si—O—Si—凝胶网络结构,保证了浇注料的中低温强度,700℃时因试样大量脱水而使得显气孔率最大,体积密度最小;在高温下,试样中因形成大量纤维状莫来石而为浇注料提供了较高的常温强度和高温强度。

结合剂对氧化铝-碳化硅-碳质铁沟浇注料力学性能和显微结构的影响

分别以水泥、氧化镁-硅灰和硅溶胶三种结合剂制备了氧化铝-碳化硅-碳铁沟浇注料,借助相关测试标准和SEM、EDS、XRD等测试手段对比研究了三种浇注料的力学性能、显微结构和物相组成。研究结果表明:以水泥和硅溶胶结合的浇注料常温强度较大,以氧化镁-硅灰为结合剂的浇注料常温强度最小;硅溶胶为结合剂浇注料高温抗折强度最大,氧化镁-硅灰为结合剂最小。原因在于:尽管以水泥和硅溶胶为结合剂的浇注料在高温烧成时都生成莫来石,但以水泥结合试样中只是在基质中部分生成莫来石晶体,而以硅溶胶为结合剂试样由于硅溶胶分散性好,脱水后微粒活性更高,在试样中均匀生成了大量交错分布的莫来石晶体,且长径比更大,因此显著提高了高温抗折强度;以氧化镁-硅灰为结合剂的浇注料高温生成镁铝尖晶石、镁橄榄石和堇青石,由于镁铝尖晶石促进了碳化硅的氧化,使得结构疏松,强度降低。

Si_3N_4加入量对Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料抗渣性能的影响

以棕刚玉、碳化硅、α-Al2O3微粉、白刚玉、硅微粉、97硅粉、Si3N4粉为主要原料,以高铝水泥为结合剂,制备了铁沟浇注料,研究了Si3N4加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%)对试样抗渣性能的影响。结果表明:加入氮化硅的浇注料具有更优异的抗渣性能。抗渣机理为:一方面由于材料在烧结过程中Si3N4能部分保留下来,并生成了O'-Sialon,使得材料的抗渣性能增强;另一方面,材料在烧结过程中体积膨胀,减少了铁渣渗透的通道,也提高了材料的抗渣性能。

B_4C外加量对Al_2O_3-SiC-Si_3N_4铁沟浇注料性能的影响

研究了B4C外加量（外加质量分数为0~0.6%）对Al2O3-SiC-Si3N4铁沟浇注料常温物理性能和高温抗折强度的影响。用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪测定了试样的物相组成和显微结构。结果表明：随着B4C加入量的增大,浇注料体积密度和常温强度先增大后减小,显气孔率先减小后增大,高温抗折强度先增大后减小;B4C外加质量分数为0.4%时,浇注料综合性能达到最佳。B4C在材料中的作用主要是促进烧结和防氧化。与未添加B4C试样相比,添加B4C的试样中生成了更多纤维状的O’-SiAlON,且长径比更大。O’-SiAlON的生长机制推断为气-固机制。

氮化硅铁对Al_2O_3-SiC-C系铁沟浇注料性能的影响

为了解决Al2O3-SiC-C系铁沟浇注料在高温使用过程中易氧化的问题,以棕刚玉颗粒、致密刚玉细粉、碳化硅颗粒和细粉、球状沥青、硅粉、Secar 71水泥、氮化硅铁等为原料,制备了Al2O3-SiC-C系铁沟浇注料,并研究了添加5%(w)氮化硅铁对该浇注料施工性能、物理性能、抗氧化性的影响,同时分别采用静态抗渣和回转抗渣试验对抗渣性能进行评价。结果表明:1)与不加氮化硅铁的常规铁沟浇注料相比,添加氮化硅铁的铁沟浇注料的常温强度略低,但是同样具备良好的施工性能和足够的脱模强度;2)添加氮化硅铁的铁沟浇注料具有较高的高温抗折强度和高温抗氧化性能;3)添加氮化硅铁的铁沟浇注料具有良好的静态抗渣能力,但是在强氧化环境和热态冲蚀同时作用的铁沟部位,不建议使用含氮化硅铁的Al2O3-SiC-C材料。

废Al_2O_3-SiC-C砖在铁沟浇注料中的回收利用

为了开发废Al2O3-SiC-C砖的回收利用,以废Al2O3-SiC-C砖颗粒作为骨料取代高铝均化料,制备了一系列废Al2O3-SiC-C砖不同掺入量(质量分数25%、40%和55%)的铁沟浇注料。从试验检测结果和现场使用效果两方面对废Al2O3-SiC-C砖颗粒取代高铝均化料的可行性进行了对比分析,并从经济效益和社会效益两方面对废Al2O3-SiC-C砖的回收利用进行了综合评估。结果表明:随着废Al2O3-SiC-C砖掺入量的提高,浇注料的需水量逐渐增多,体积密度逐渐降低,烧后线变化率逐渐减小,强度略有降低但仍保持着较高水平,抗渣侵蚀性能未受明显影响;与原浇注料相比,掺入质量分数为40%的废Al2O3-SiC-C砖颗粒的浇注料在中小型高炉出铁场支沟及渣沟上的使用效果差别较小,寿命降低不明显,而原材料成本可大幅降低;另外,由于对废Al2O3-SiC-C砖进行了回收再利用,减少了大量固体废弃物堆砌造成的资源浪费与环境破坏,因此产生了显著的社会效益。

Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的研究

研究了金属硅粉和硅灰的加入对Al2O3SiCC质铁沟浇注料性能的影响。结果表明:通过体积密度、显气孔率、强度等方面的测试、分析,确定金属硅粉和硅灰的加入量分别为0.5%和2%时,可获得性能良好的铁沟浇注料。

尖晶石对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

以新型亚白刚玉（8～5mm、5～3mm、3～1mm、≤1mm、≤0．044mm）、SiC（≤1mm、≤0．088mm）、尖晶石粉（≤0．044mm）、SiO2微粉、α-Al2O3微粉、铝酸钙水泥、Si粉和球状沥青等为主要原料，在Al2O3-SiC—C质铁沟浇注料的配料组成中分别加入质量分数为0、4％、7％、10％、13％的镁铝尖晶石粉，混练均匀后振动成型为40mm×40mm×160mm的条状试样和＋50／20mm×50／20mm的坩埚试样，经110℃24h和1450℃3h热处理后测定试样的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、常温耐压强度、烧后线变化率和抗渣性能，并且进行了XRD、SEM和EDS分析。结果表明：加入适量镁铝尖晶石粉后，由于改善了试样的成型密度，促进了试样的烧结，因而提高了试样的密度、强度、体积稳定性和抗渣性；但是，由于尖晶石和刚玉的热膨胀系数不同，加入过多的镁铝尖晶石粉会导致试样中产生过多的微裂纹，从而对试样的密度、强度、体积稳定性和抗渣性不利；本试验中，尖晶石粉的最佳加入量（质量分数）为10％；尖晶石加入量为10％的试样中有长度为30～80μm的SiC晶须生成，并且其颗粒与基质之间结合紧密。

铝灰合成Sialon复合粉对铁沟浇注料性能的影响

用以铝灰为原料所制得的4种Sialon复合粉分别替换铁沟料原配方中的部分细粉,研究Sialon复合粉对铁沟浇注料性能的影响。结果表明,将合成的Sialon复合粉体用于A12O3-SiC-C质铁沟浇注料,可以显著提高其110℃×24 h和1 450℃×3 h处理后的常温物理性能,使其1 450℃×0.5 h氧化后的常温抗折强度升高,但会使试样的高温抗折强度有所降低。

自洁净Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料的研究与应用

对高炉出铁沟用自洁净Al_2O_3-SiC-C质浇注料的性能、显微结构进行了研究,探讨了自洁净结合剂加入量与性能的关系,认为其加入量利于提高浇注料的抗压强度,对体积密度和气孔率影响较小,使得材料更合适不同的工艺条件下使用。