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。

MgO加入量对刚玉尖晶石浇注料性能的影响

以致密电熔白刚玉、刚玉微粉、电熔白刚玉细粉、电熔镁砂细粉为原料,研究了5种不同加入量的镁砂对同配比刚玉尖晶石浇注料性能和理化指标的影响。实验结果表明:1.7%的MgO加入量的刚玉尖晶石浇注综合性能最佳,加入量超过7%后,材料的性能降低;2.MgO加入量的增加有利于提高110℃×24h烘干后刚玉尖晶石浇注料的致密度,体积密度逐渐增大,气孔率逐渐减小,并提高常温强度;3.随着MgO加入量的增加,1500℃×3h处理后刚玉尖晶石浇注料尖晶石化剧烈,材料体积膨胀大,结构疏松,材料的气孔率逐渐增大,体积密度和强度降低。

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。

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。

结合剂种类对刚玉-尖晶石浇注料抗镍基高温合金侵蚀性能的影响

为扩展刚玉-尖晶石材料在高温合金冶炼方面的应用,以电熔白刚玉(粒度为5~3、3~1、≤1和≤0.074 mm)和烧结尖晶石(粒度≤1、≤0.044 mm)为主要原料,活性α-Al_(2)O_(3)微粉为烧结助剂,分别以Secar 71水泥、ρ-Al_(2)O_(3)微粉和磷酸镁水泥作为结合剂,制备了刚玉-尖晶石条形试样和坩埚试样,探究了不同结合剂对刚玉-尖晶石质浇注料常规性能和抗镍基高温合金侵蚀性能的影响。结果表明:1)3种结合剂中,采用Secar 71水泥作为结合剂的条形试样常规性能较好,1600℃烧后线收缩率最低,抗侵蚀试验后坩埚试样宏观侵蚀渗透面积最小,微观渗透深度最浅,抗镍基高温合金侵蚀性能最好。2)镍基高温合金中的Cr渗透进入坩埚内部较浅,Nb、Ti渗透明显比Cr更深,而主成分Ni、Fe几乎没有渗透进入坩埚试样内部。

金属铝粉对刚玉尖晶石浇注料抗爆裂性能的影响

以板状刚玉、铝镁尖晶石为主要原料,纯铝酸钙水泥为结合剂,外加不同含量的粒度≤0.15 mm的金属铝粉,制备刚玉尖晶石低水泥浇注料。测定各组试样的抗爆裂温度,并借助于SEM进行了显微结构分析,用压汞法进行孔径分布分析,用压差法进行透气度分析。研究了金属铝粉对刚玉尖晶石浇注料抗爆裂性能的影响,探讨了金属铝粉在浇注料中的造孔机理和防爆作用。结果表明,随着铝粉加入量的增加,刚玉尖晶石浇注料的抗爆裂温度呈现先升高后降低的趋势,这与其透气度的变化趋势一致,说明透气度直接影响了试样的爆裂温度。随着铝粉加入量的增加,浇注料在硬化过程中的放热峰发生稳步前移,但当加入量高于0.075%时,放热峰大幅前移,这样反而不利于排气通道的形成。显微结构分析发现,添加金属铝粉后浇注料的气孔的数目均显著增多,且随着铝粉加入量的增加,气孔孔径也有增大的趋势。

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AlO之间的反应产物有关。

水泥对刚玉-尖晶石浇注料抗侵蚀性影响研究

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为基质,研究了纯铝酸钙水泥加入量对刚玉-尖晶石浇注料抗侵蚀性能的影响.结果表明:纯铝酸钙水泥加入量为4%时,浇注料的侵蚀、渗透指数最大,抗渣侵蚀性能最差;水泥含量≥6%时抗渣侵蚀、渗透指数明显下降,抗渣性逐渐改善.水泥加入量影响浇注料的抗侵蚀性能主要与基质中的物相组成和显微结构有关.随水泥加入量的增加,水泥中的CaO与Al2O3反应形成六铝酸钙,基质中刚玉的含量减少;渣中的CaO与刚玉颗粒反应形成六铝酸钙,产生体积膨胀堵塞气孔,抑制了渣的渗透,使得抗渣侵蚀性能得到改善.

熔渣对刚玉-尖晶石浇注料侵蚀的热化学模型研究

采用FactSage(软件研究1 600℃时熔渣对刚玉-尖晶石浇注料侵蚀的热化学模型,并采用静态坩埚试验法,通过SEM、EDS分析手段对热化学模型进行验证。结果表明,熔渣与刚玉-尖晶石浇注料的热化学模型能计算出熔渣与耐火材料反应后界面处出现的物相及其含量,进而能推测渣/耐火材料之间隔离层的形成情况;能预测熔渣成分的变化情况,进而推测出渣层的主要物相;模拟结果与试验结果相吻合。熔渣与骨料和基质分别发生局部反应,在刚玉骨料表面,Al2O3与熔渣中的CaO形成CA6隔离层,使骨料向渣中溶解成为间接溶解;而在基质与渣界面无隔离层形成,使基质向渣中溶解成为直接溶解。

刚玉-尖晶石浇注料基质的物相及结构演变过程

为了探究CaO-MgO-Al_2O_3三元富铝系统物相及显微结构的演变过程,以铝酸钙水泥、尖晶石细粉和氧化铝微粉为原料,分别按C_2M_2A_(14)和CM_2A_8的理论化学组成配料,再分别经1 300、1 400、1 500、1 650、1 700和1 750℃保温6 h热处理后,利用XRD、SEM及EDS研究刚玉-尖晶石浇注料基质高温处理过程中的物相组成及显微结构演变。结果表明:1 400℃处理后,基质中有片状晶体CA_6(CaAl_(12)O_(19))生成;处理温度升高至1 650℃,CA_6与MA(MgAl_2O_4)反应生成C_2M_2A_(14)(Ca_2Mg_2Al_(28)O_(46));随着处理温度的升高,晶体的形貌逐渐由六方片状演变为等轴状。MgO与CaO物质的量比增大至2,处理温度升高至1 750℃后,样品中有等轴状晶体CM_2A_8(CaMg_2Al_(16)O_(27))生成,且同时存在C_2M_2A_(14)。

ZrO_2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉颗粒（6～3、3～1和≤1mm）为骨料，电熔白刚玉粉（≤0．088和≤0．044mm）、电熔尖晶石细粉（≤0．044mm）、α-Al2O3微粉（≤5μm，d50=1．2μm）、纯铝酸钙水泥、单斜氧化锆（≤15μm，d50=6．2μm）为基质，按骨料与基质质量比为70：30配料，基质中纯铝酸钙水泥的加入量（质量分数，下同）为3％、α-Al2O3微粉为6％、电熔尖晶石细粉为10％，用单斜氧化锆等量替代电熔白刚玉细粉，其加入量分别为0、2％、4％、6％和8％，加水混匀后振动浇注成25mm×25mm×125mm的试样，于室温下养护24h后脱模，经110℃24h烘干后，分别经1100、1500、1600℃热处理3h。对各温度热处理后试样进行了常温物理性能、热态抗折强度、抗热震性能检测，并利用SEM对部分试样于1400℃高温抗折强度试验后的断口形貌进行了分析。结果表明：（1）随ZrO2加入量的增加，刚玉-尖晶石浇注料于1500和1600℃处理后的常温抗折强度降低，显气孔率升高，故ZrO2的加入对材料的烧结性略有负面影响。（2）随ZrO2加入量的增加，1600℃处理后试样的热态抗折强度下降，但热态抗折强度在1000℃以前变化较小，1000℃以后明显降低。（3）ZrO2的加入改善了试样的抗热震性能，其质量分数为2％时，1100℃水冷1次和3次后的强度保持率和残余强度最大。（4）本试验范围内ZrO2的最佳加入量为2％。

添加六铝酸钙颗粒对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为了优化纯铝酸钙水泥结合刚玉一尖晶石浇注料的性能，分别用6-3、3-1和1-0.5mm的六铝酸钙（CA6）颗粒替代浇注料中相应粒度的板状刚玉颗粒，研究其对浇注料强度、致密度、烧后线变化和抗热震性的影响。结果表明：1）用CA6颗粒替代板状刚玉颗粒后，试样的常温强度、高温强度、抗热震性、1550℃烧后线变化均增大，并且其增大幅度基本上随CA6颗粒粒度的减小而增大。2）用6-3mm的CA6颗粒替代板状刚玉颗粒，试样的体积密度减小，显气孔率增大；但随着CA6颗粒粒度从6—3mm逐渐减小至1—0.5mm，试样的体积密度逐渐增大，显气孔率逐渐减小。

TiO_2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉粉、电熔尖晶石粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥、金红石型TiO2为基质,按骨料、基质质量比为70:30配料,用金红石型TiO2替代≤0.044 mm电熔白刚玉细粉,其加入量(w)分别为0、2%、4%和6%,加水混匀后振动浇注成25 mm×25 mm×125 mm的试样,于室温下养护24 h后脱模,经110℃24 h烘干后,分别经1 100、1 300、1 500℃热处理3 h后,进行常温物理性能、热态抗折强度、抗热震性的研究,并利用SEM对部分试样在1 400℃下高温抗折强度试验后的断口形貌进行分析。结果表明:(1)1 300和1 500℃烧后试样基质中主要物相为刚玉、尖晶石、钛酸铝和六铝酸钙;随TiO2加入量的增加,TiO2与Al2O3反应生成的钛酸铝衍射峰强度逐渐增加。(2)加入TiO2对1 100和1 300℃烧后刚玉-尖晶石浇注料的显气孔率、体积密度和线变化率影响较小;但使1 500℃烧后浇注料的显气孔率降低,体积密度增加,体积变化从微膨胀到收缩。(3)加入2%TiO2可明显提高浇注料的常温强度,但加入量>4%时明显降低了浇注料的常温强度。(4)加入TiO2对浇注料的高温抗折强度有不利影响。

尖晶石加入量、水泥种类对刚玉-尖晶石浇注料高温抗折强度的影响

以板状刚玉、烧结尖晶石、氧化铝微粉和铝酸钙水泥为主要原料制备了铝酸钙水泥结合刚玉-尖晶石浇注料，研究了镁铝尖晶石加入量（质量分数分别为4％、7％、9％、11％、13％和15％）、铝酸钙水泥的类型（CA-270、CA-25R、CA-14M和Secar71）对刚玉-尖晶石浇注料高温抗折强度的影响。结果表明：刚玉-尖晶石浇注料具有良好的高温抗折强度，试样的高温抗折强度受CA6高温结舍相生成量、Al2O3固溶尖晶石的作用和原料带入的杂质高温下产生玻璃相共同作用的影响。在1500—1600℃范围内试样的高温抗折强度随着温度的升高而降低；在相同温度条件下，试样的高温抗折强度在尖晶石加入量为15％（W）时表现最好；不同种类水泥对试样高温抗折强度的影响主要表现为对高温结合物相CA6生成量的影响，同时水泥的细度和杂质含量对强度有明显影响，水泥越细，杂质越少，高温抗折强度越大。

电熔镁锆砂加入量对RH精炼炉用刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

采用粒度为5～3 mm的电熔致密刚玉,3～1、≤1、≤0.074 mm的电熔白刚玉,1～0.044 mm的电熔富铝尖晶石等为主要原料,纯铝酸钙水泥、活性α-Al2O3微粉为结合剂,同时添加适量的微粉和高效复合减水剂,研究了电熔镁锆砂加入量(w)分别为0、2%、4%、6%、8%时对RH精炼炉用刚玉-尖晶石浇注料110、1 100和1 500℃处理后的抗折强度、耐压强度、线变化率,以及1 500℃处理后的耐磨性和1 600℃处理后的抗渣性能的影响。结果表明:1)加入2%(w)的电熔镁锆砂能明显提高浇注料的强度和耐磨性;2)随着镁锆砂含量的增加,线膨胀率明显增大,但电熔镁锆砂加入量为2%～4%(w)的浇注料体积稳定较好;3)加入电熔镁锆砂可以明显提高浇注料的抗渣渗透性,电熔镁锆砂加入量为2%(w)时,试样的抗渣渗透性最好。

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O、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（A1203）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1600cC3h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A1203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A1203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，A1203，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（3_1：0，）=0．09时，基质中刚玉细粉和A12O3，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。

镁砂细粉加入量对轻骨料刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以轻质刚玉-尖晶石陶瓷颗粒为骨料,以白刚玉细粉、90尖晶石细粉、镁砂细粉、α-Al2O3微粉、SiO2微粉为基质料,在固定镁砂细粉和白刚玉细粉的总质量分数为17.5%的情况下,改变镁砂细粉的质量分数(分别为0、3.5%、6.5%、9.5%和12.5%),制备成5种轻骨料刚玉-尖晶石浇注料试样,经110、1100和1600℃热处理后,检测试样的常温物理性能,并分析试样的相组成和显微结构。结果表明:1)随着镁砂细粉加入量的增加,不同温度热处理后试样的显气孔率和体积密度的变化均不大;110℃热处理后试样的强度有增大的趋势,而1100和1600℃热处理后试样的强度则有减小的趋势;1100℃烧后试样的线膨胀率有增大的趋势,而1600℃烧后线膨胀率显著增大;试样基质的显微结构变疏松,平均孔径和孔隙率增大。2)当镁砂细粉加入量(w)为3.5%和6.5%时,试样的抗渣渗透性相对较强,而抗渣侵蚀性相对较差;当镁砂细粉加入量(w)增加到9.5%和12.5%时,试样的抗渣侵蚀性显著提高,而抗渣渗透性显著下降。

RH炉用刚玉-尖晶石浇注料的研究

主要研究了ZrO2细粉、MgO细粉加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响;用静态坩埚法研究了加入不同添加剂的刚玉-尖晶石浇注料抗渣侵蚀行为。结果表明:加入适量氧化锆细粉有补强作用,提高强度;加入适量MgO细粉可在高温下生成尖晶石,强化基质,提高强度。在浇注料中加入一定量的MgO细粉能增强浇注料的抗渣性;加入ZrO2细粉会使浇注料的抗渗透性和抗侵蚀性下降。

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800～1 400℃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。

刚玉-尖晶石浇注料抗热震性不同检测方法的比较与评估

以某大型钢包用的三种配方的刚玉-尖晶石浇注料为研究对象,分别采用目前耐火材料行业常用的三种抗热震性检测方法——水急冷法、残余抗折强度法和临界温差法测试了其抗热震性,并对所得结果的一致性、相关性和实用性进行了对比分析。结果表明:对刚玉-尖晶石浇注料来说,三种检测方法所得结果具有一致性和相关性;水急冷法的结果最不稳定,残余抗折强度法的成本最低,临界温差法是最实用的检测方法。综合考虑认为,临界温差法最适合检测刚玉-尖晶石浇注料的抗热震性,但应根据实际使用条件选择起始试验温度,并采用无损检测的方法。