二铝酸钙加入量对刚玉浇注料性能的影响

为了改善刚玉浇注料的性能,以白刚玉、二铝酸钙(CA_(2))、活性α-Al_(2)O_(3)微粉和纯铝酸钙水泥为主要原料,制备了刚玉浇注料,研究了CA_(2)加入量(加入质量分数分别为0、20%、30%、40%)对刚玉浇注料性能的影响。结果表明:1)随着CA_(2)的增多,刚玉浇注料的体积密度大幅减小,110℃烘干和800℃热处理后的常温耐压强度明显改善,而1200℃热处理后的常温耐压强度变化不明显;2)随着CA_(2)的增多,浇注料的平均热膨胀系数逐渐降低,热导率大幅降低,试样经800℃水冷热震后的抗折强度保持率大幅提升;3)CA_(2)的引入大幅提升了刚玉浇注料的透气性,且不影响刚玉浇注料的抗氢气还原性能。

可水合氧化铝添加量对中温处理后刚玉浇注料强度和显微结构的影响

为弄清可水合氧化铝(HA)结合浇注料中温强度低的原因,以板状刚玉、活性氧化铝粉、HA为原料制备刚玉浇注料。研究了HA添加量(w,1%、3%、6%、9%)和热处理温度(110℃保温24 h,400、600、800、1000、1100和1250℃保温5 h)对浇注料强度和显微结构的影响。结果表明:1)养护和干燥过程中,HA通过水化反应生成蜂窝状产物勃姆石和拜耳石,起到结构骨架的作用,为浇注料提供强度。2)HA结合浇注料在1000℃热处理后强度最低;在低于1000℃时,热处理温度的升高会逐渐破坏水化产物的结构,降低浇注料的强度;高于1000℃时,浇注料基质中发生了局部烧结,使得强度有所回升。3)提高HA的加入量无法提升浇注料的中温强度,说明中温热处理使得HA的水化产物结构完全坍塌,无法起到结构支撑的作用。

硅溶胶对刚玉浇注料性能的影响

以5～8、3～5、1～3及≤1 mm的电熔刚玉为骨料,致密刚玉粉(≤0.074 mm)、白刚玉粉(≤0.043mm)及α-Al2O3微粉为细粉,矾土水泥和硅溶胶为结合剂,按骨料、粉料质量比为64∶36配料制成试样,自然养护后于110℃24 h烘干,然后分别于815℃3 h、1 100℃3 h和1 400℃3 h热处理。对处理后试样进行了常温抗折强度、耐压强度、体积密度、线变化率和抗热震性能的检测及显微结构分析。结果表明:硅溶胶结合浇注料于1 100℃3 h处理后的抗折强度和耐压强度分别达到27.1和178 MPa,远高于相同温度下水泥结合浇注料的;硅溶胶结合浇注料在20～1 100℃水冷热震循坏100次后基本没有出现裂纹,其耐压强度损失率仅为24.4%,而水泥结合的浇注料热震循坏49次后就完全开裂。

添加剂对硅溶胶结合刚玉浇注料流动性和常温物理性能的影响

以亚白刚玉为骨料、白刚玉为细粉、硅溶胶为结合剂，制成无水泥刚玉浇注料，研究有机酸、碳酰胺和MgCl2对硅溶胶结合刚玉浇注料的流动性和常温物理性能的影响。基质料浆的∈电位分析结果显示，加入MgCl2能急剧破坏基质悬浮体的稳定性，而加入有机酸A能在较大的pH值范围（5～12）提高基质的稳定分散。试验结果表明，有机酸A能改善浇注料的流动性和常温性能，其他添加剂能在一定程度上改善浇注料的常温物理性能。

蓝晶石含量对轻质莫来石-刚玉浇注料显微结构与性能的影响

为了改善含球形莫来石轻骨料的轻质莫来石-刚玉浇注料的体积稳定性及抗热震性,以球形莫来石轻骨料(≤1、1~2和3~4 mm)、板状刚玉细粉(≤0.074 mm)、广西白泥(≤0.045 mm)、Secar 71水泥(≤0.088mm)和蓝晶石(≤0.5 mm)为主要原料,研究了蓝晶石含量(加入质量分数分别为0、4%、6%、8%、10%和12%)对轻质莫来石-刚玉浇注料显微结构与性能的影响。结果表明:经1 500℃热处理后,随着蓝晶石含量增加,试样由显著收缩变为显著膨胀,体积密度减小,显气孔率增大,常温强度降低;基质中小气孔含量(≤10μm)逐渐减小,大气孔孔径及含量逐渐增大;抗热震性先变好后变差。综合考虑各项性能,蓝晶石含量为6%(w)试样的综合性能最佳:体积密度为1.96 g·cm^(-3),显气孔率为37.1%,常温抗折强度为10.8 MPa,常温耐压强度为43.8 MPa,加热永久线变化率为0.07%,弹性模量保持率为42.9%,800℃热导率为0.60 W·(m·K)^(-1)。

低水泥刚玉浇注料的高温抗折强度研究

采用板状刚玉、电熔白刚玉、工业氧化铬微粉、α-Al2O3微粉、Secar71水泥、烧结尖晶石粉为原料,研究了水泥、α-Al2O3微粉、氧化铬微粉、尖晶石粉以及烧成温度对低水泥刚玉基浇注料高温抗折强度的影响。研究结果表明:烧成温度、水泥、尖晶石和α-Al2O3微粉对低水泥刚玉基浇注料的高温抗折强度影响较大。烧后膨胀越大,高温抗折强度越低;1700℃烧后试样的高温抗折强度高于1600℃烧后试样的高温抗折强度;控制加热永久线变化率,添加合适的水泥、α-Al2O3微粉和粒度细的尖晶石粉可以得到高温抗折强度高的试样。

ρ-Al2O3加入量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响

以烧结莫来石(w(Al2O3)>45%)、电熔莫来石(w(Al2O3)>70%)、刚玉(w(Al2O3)>99%)、α-Al2O3微粉(w(Al2O3)>99.5%)、SiO2微粉(w(SiO2)>92%)、ρ-Al2O3微粉(w(Al2O3)>83.0%)等为主要原料,制备了莫来石-刚玉浇注料试样,经110℃24 h、1 000℃3 h和1 400℃3 h处理,研究了ρ-Al2O3加入量(w)分别为1%、2%、3%、4%和5%对莫来石-刚玉浇注料性能的影响。结果表明:随着ρ-Al2O3加入量的增加,莫来石-刚玉浇注料的体积密度下降,显气孔率增大,抗热震性和抗渣性逐渐变好。110℃24 h处理后强度逐渐增大;1 000℃和1 400℃处理后强度和永久线变化率则是先增加后减小,当ρ-Al2O3加入量为2%时达最大;试样的高温抗折强度先增加后减小,以ρ-Al2O3加入量为3%时最大。

SiO_2微粉和Al_2O_3微粉加入量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响

以莫来石M45(10～5mm,5～3mm)、电熔莫来石(3～1mm,≤1mm)作骨料,刚玉粉(≤0.074mm)、电熔莫来石粉(≤0.074mm)、纯铝酸钙水泥、Al2O3微粉(d50=2.11μm)和SiO2微粉(d50=1.07μm)作基质,制备了脱硫枪用莫来石-刚玉浇注料,并分别研究了SiO2微粉加入量(分别为2%、3%、4%、5%)和Al2O3微粉加入量(分别为2%、4%、6%)对浇注料体积密度、显气孔率、强度、烧后永久线变化率、抗热震性和抗渣性的影响。结果表明:仅加入SiO2微粉时,随着其加入量在2%～5%范围内增加,莫来石-刚玉浇注料的体积密度提高,显气孔率降低,强度增加,抗渣性变好,但抗热震性变差;在加入3%SiO2微粉的基础上再加入2%～6%的Al2O3微粉时,浇注料的各项性能随Al2O3微粉增加没有明显改善,但均比仅加入3%SiO2微粉时有明显改善。

MgCO_3对刚玉浇注料物理性能的影响

以电熔白刚玉、α-Al2O3微粉、水合氧化铝和MgCO3亚微粉等为原料，固定骨料与基质料的质量比为70：30不变，分别用质量分数为0、0．5％、1％、2％、3％和4％的MgCO3替代等量的α-Al2O3微粉，制成含MgCO3的刚玉浇注料。按照浇注料的基质组成配料并浇注成625mm×10mm的基质试样，研究了含MgCO3的刚玉浇注料基质矿相随热处理温度（分别为800℃、1100℃、1400℃和1600℃）的变化，以及MgC03加入量对不同温度处理后浇注料试样的显气孔率、体积密度、线变化率及冷、热态抗折强度的影响，并对热态抗折试验后试样进行了显微结构分析。结果表明：MgO通过固熔而稳定刚玉原料中的β-Al2O3，并促进其生成板状晶体；与冷态抗折强度相比，MgCO3对浇注料的热态抗折强度（特别是1400℃的）影响较显著；加入0．5％～1．0％的MgC03时，板状β-Al2O3的生成使试样的热态抗折强度提高；加入2．0％以上的MgCO3亚微粉时，液相数量的增加以及晶粒细化使热态抗折强度降低。

氧化铬对无水泥刚玉浇注料矿相、显微结构和强度的影响

以电熔白刚玉颗粒及细粉为主要原料,以α-氧化铝微粉和水合氧化铝为结合剂,研究了加入氧化铬对无水泥刚玉基浇注料矿相、显微结构和抗折强度的影响。结果表明:氧化铬1100℃开始向刚玉中固溶,随温度升高固溶程度增加,使浇注料各组分间的结合不断增强,明显提高了浇注料≥1400℃烧后的强度。氧化铬质量含量由0增加到4.0%时,1400℃烧后的热态抗折强度由5.1MPa增大到14.2MPa。1600℃烧后氧化铬通过固相和气相2种传质方式,在刚玉颗粒表面形成环状的固溶带,将刚玉彼此连接在一起,形成了较强的结合。加入质量分数2.0%的氧化铬可使1600℃烧后刚玉基浇注料在1400℃下的热态抗折强度由不含氧化铬的9.7MPa增大到18.6MPa。

负压浇注对刚玉浇注料性能的影响

按板状刚玉颗粒70%(w)、板状刚玉细粉和氧化铝微粉26%(w)、纯铝酸钙水泥3%(w)和减水剂1%(w),加适量水配制成刚玉浇注料,搅拌均匀后倒入真空浇注设备的模具中,分别于真空度为0、-0.03、-0.06和-0.09MPa的时刻开始振动浇注成型,振动时继续抽真空2min,试样经养护、烘干和1500℃3h热处理后,研究负压浇注对刚玉浇注料物理性能、抗热震性和抗渣性的影响,并借助压汞仪测定试样孔径分布,采用SEM观察试样断口形貌。结果表明:与常压浇注的试样相比,负压浇注可使试样中的气孔直径从10～20μm降到0.5～2μm,使试样结构更加致密,从而提高其机械强度和抗渣侵蚀性;负压浇注对试样的抗热震性略有负面影响,但负压浇注的试样热震后强度仍高于常压浇注的;在真空度为-0.03～-0.06MPa之间开始振动浇注时,得到的浇注料试样综合性能最好。

CaCO_3加入量对刚玉浇注料烧结后性能和显微结构的影响

以板状刚玉颗粒、电熔白刚玉粉、纯铝酸钙水泥、氧化铝微粉、分析纯CaCO3等为原料制备了刚玉浇注料,研究了CaCO3加入量和烧结温度对烧结后刚玉浇注料常温性能、物相组成及显微结构的影响。结果表明:随烧结温度的升高和CaCO3加入量的增多,浇注料中CA6生成量增多,且其晶粒逐渐长大呈板片状结构,产生体积膨胀,导致烧结后浇注料的显气孔率和线变化率升高,抗弯强度和耐压强度降低。

刚玉浇注料的研究与应用现状

介绍了几种结合方式的刚玉质耐火浇注料的简单制备方法、研究情况及在各行业中的应用现状。研究与应用结果表明:刚玉浇注料已成功地应用于各种冶金设备中,其使用寿命超过国外同类产品的水平。

氧化镁对铬刚玉浇注料结构与性能的影响

研究了加入氧化镁对铬刚玉浇注料结构与烧结性能、力学性能的影响。氧化镁的加入使铬刚玉浇注料线变化率增大，显气孔率升高，常温强度降低。加入2％氧化镁能明显改善铬刚玉浇注料的抗热震性，但铬刚玉浇注料的抗渣渗透侵蚀能力有所下降。

刚玉浇注料表面高温釉层的形成及其抗碱侵蚀性能研究

针对水泥回转窑窑口等部位刚玉浇注料的抗碱侵蚀性能不能满足替代燃料应用的问题,以锂辉石粉(≤0.044 mm)、Si O2微粉、Al2O3微粉(≤2μm)及助熔剂钾长石粉(≤0.044 mm)为原料,分别按Si O2、Al2O3的物质的量比为4、6、8和10配料,加入60%(w)水共磨制备出Li2O-Al2O3-Si O2系釉浆,对刚玉浇注料浸渍上釉后,于1 400℃保温3 h热处理制备涂釉刚玉浇注料。分析了釉料的熔化特性及影响刚玉浇注料表面成釉质量的因素,并对涂釉后的刚玉浇注料进行抗碱侵蚀试验,探讨了釉层对刚玉浇注料抗碱侵蚀性能的影响。结果表明:随着Si O2、Al2O3的物质的量比的增加,釉料在成釉温度时的液相增多和黏度增大,釉面质量主要与釉料在成釉温度时的液相量及黏度有关;设计的釉料可以成功制备出釉层铺展均匀、坯釉结合良好的含釉浇注料,Si O2、Al2O3的物质的量比为6和8的釉料在刚玉浇注料表面施釉后,可以封闭浇注料表面的气孔并降低其显气孔率,显著阻隔了碱蒸气向浇注料内部的渗透,明显提高了刚玉浇注料的抗碱侵蚀性能。

高强刚玉浇注料的研制

通过采用单因素实验及正交实验设计,研究了结合剂加入量对刚玉质浇注料强度及重烧线变化的影响,得到了性能较好的能够满足特殊用户需要的高强刚玉浇注料。

加入纳米碳酸钙对铬刚玉浇注料力学性能的影响

以板状刚玉、氧化铝微粉、氧化铬微粉(平均粒径<5μm)、铝酸钙水泥(Secar 71)、商品纳米碳酸钙(平均粒径<100 nm)为主要原料,FS10为减水剂,制备了不同纳米碳酸钙加入量(0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%)的铬刚玉浇注料试样,测定了其经1 000及1 600℃热处理后的显气孔率、体积密度和强度,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了材料的微观结构。结果表明,在减水剂加入量一定时,随纳米碳酸钙加入量的增大,浇注料的流动性显著下降,显气孔率逐渐升高,冷态和热态强度逐渐降低;在浇注料流动值基本一致的情况下,随纳米碳酸钙加入量的增大,浇注料的显气孔率明显增大,但其冷态和热态强度皆逐渐提高,这主要是由于纳米碳酸钙在高温下分解产生的CaO和结构中的A l2O3原位反应形成铝酸钙物相的缘故。

水泥结合铬刚玉浇注料抗危废炉渣侵蚀行为研究

铬刚玉浇注料是重要的危废焚烧炉炉衬材料之一,但危废来源广泛,成分复杂,导致炉渣的成分存在差异,从而影响炉衬的使用寿命。本文以铝酸钙水泥结合铬刚玉浇注料为研究对象,选取了富含CaO、Fe_(2)O_(3)和SiO_(2)的三种典型危废炉渣,研究了上述危废炉渣对铬刚玉浇注料烧成前后的侵蚀/渗透行为和Cr(Ⅵ)形成的影响。结果表明,材料的抗渣侵蚀和渗透性能与渣的黏度、渣与材料的界面反应以及材料的孔隙结构有关。就渗透性而言,高SiO_(2)渣和高Fe_(2)O_(3)渣与材料界面反应后形成了低熔点的霞石等物相,促进了渣渗透;高CaO渣与材料反应后形成了高熔点的六铝酸钙等物相,减缓了渣渗透,造成渣渗透深度顺序为高SiO_(2)渣>高Fe_(2)O_(3)渣>高CaO渣。相比之下,将材料进行烧成处理可以显著降低基质中CaO的反应活性,而且可以实现微孔化,渣的渗透行为受到抑制,尤其是高SiO_(2)渣的渗透显著降低。静态坩埚抗渣侵蚀性与渣液的渗透行为有关,由于渣的显著渗透行为,反而降低了渣的侵蚀指数。高CaO渣与试样反应后渣液黏度上升,且生成高熔点的铝酸钙相减缓渣液渗透,渣作用在材料界面时间增长,导致高CaO渣的侵蚀指数略高。

B_(4)C加入量对硅溶胶结合莫来石-刚玉浇注料性能的影响

以烧结莫来石、α-Al_(2)O_(3)微粉、板状刚玉和进口蓝晶石为原料,以硅溶胶为结合剂,添加不同质量分数的B_(4)C(分别为0、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%),于1450℃保温3 h热处理后制备了莫来石-刚玉浇注料试样,研究了B_(4)C外加量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响。结果表明:随着B_(4)C加入量的增加,试样在1450℃热处理条件下的膨胀量先减小后增大,体积密度变化较小,显气孔率逐渐降低,常温强度有所提高,高温抗折强度提升显著,抗热震性能先升高后降低。B_(4)C加入试样后促进富硼液相的生成,Al_(2)O_(3)和SiO_(2)的晶粒被富硼液相润湿,使晶粒界面具有小的形核势垒,高的形核速率和高的移动速率,有利于莫来石相的生长,产生体积膨胀,形成一定量的微裂纹,提高了试样的抗热震性能。综合考虑,B_(4)C的最佳加入量为4%(w)。

添加纳米TiO2对刚玉浇注料性能的影响

以板状刚玉、活性氧化铝微粉BL - 2、铝酸钙水泥Secar 71为主要原料,加入不同含量的纳米TiO2 (加入质量分数为0、0.5%和1%),比较了纳米TiO2 加入量对于刚玉浇注料物相组成、显微结构和物理性能的影响。结果表明,纳米TiO2 的加入加速了CA6的生成,提高了1 250 ℃烧后试样的强度,有利于浇注料中温强度的提升;当加入量较大时,CA6的片状厚度增加,难以形成相互交叉堆叠结构,导致试样的强度降低;当纳米TiO2 加入量( w )为0.5%时,试样高温下强度降低较少,但中温强度明显提升,高温烧后呈现微膨胀,为最佳加入量。