高强隔热刚玉-镁铝尖晶石-莫来石多孔陶瓷材料的制备

以氧化铝、石英粉和电熔镁砂为主要原料,以纸浆废液为结合剂,通过原位反应烧结制备复相高强隔热陶瓷,研究MgO添加量对所制备多孔陶瓷的显气孔率、抗折强度、耐压强度和抗热震性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子万能试验机对材料的物相组成、显微结构和力学性能进行表征,并对多孔陶瓷的显气孔率和抗热震性能进行测试。结果表明:5%(质量分数)电熔镁砂与氧化铝、石英粉在1450℃下原位反应烧结3h可制备得到刚玉-镁铝尖晶石-莫来石多孔复相陶瓷,耐压强度达270.25MPa,抗折强度超过45MPa,同时显气孔率达26.46%,常温导热系数为1.469W·m^-1·K^-1,隔热性能良好,且3次热震后的残余抗折强度保持率超过27%,是极具应用前景的工业窑炉内衬材料。其中MgO含量变化会直接影响该多孔陶瓷三相组成、相形态、气孔孔径及分布,使得多孔陶瓷抗折强度、耐压强度和抗热震性能呈现非单调变化的规律。

莫来石-刚玉-镁铝尖晶石复相材料的抗碱侵蚀性能研究

为了提高莫来石-刚玉质匣钵的抗碱侵蚀性能,以煤矸石、工业氧化铝和工业氧化镁为原料,采用二步煅烧法制备了莫来石-刚玉-镁铝尖晶石复相材料,研究了工业氧化镁加入量(加入质量分数分别为1%、2%、3%、4%和5%)对试样物相组成、显微结构及物理性能的影响,并探究了试样抗钠离子电池正极材料的侵蚀机制。结果表明:1)氧化镁可促进莫来石晶体生长和试样烧结致密化,且由于莫来石晶体直接结合及微晶镁铝尖晶石颗粒增韧,所有试样均具有高的常温耐压强度,≥248 MPa;2)以不同形态分布于试样中的镁铝尖晶石可形成物理屏障,阻止Na^(+)渗透,阻隔其与莫来石和刚玉反应,提高试样的抗碱侵蚀性能;3)综合试样的物理性能和抗碱侵蚀性能,工业氧化镁的最佳加入量为4%(w)。

MgCl_(2)·6H_(2)O溶液对方镁石-镁铝尖晶石耐火材料性能的影响

以电熔镁砂和电熔镁铝尖晶石为原料,以18°Be’、24°Be’、30°Be’三种不同浓度的MgCl_(2)·6H_(2)O溶液和酚醛树脂为结合剂,制备方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。以酚醛树脂为对照组,通过研究MgCl_(2)·6H_(2)O溶液对材料常温抗折强度、常温耐压强度、烧结性能、抗热震性能的影响,探明MgCl_(2)·6H_(2)O溶液对材料的作用机理。结果表明,在常温下MgCl_(2)·6H_(2)O溶液能与镁砂反应生成氯氧镁水泥(MOC),MOC在微观下表现为交错互锁的晶须结构,使得耐火材料在干燥后具有非常高的机械强度。当热处理温度为1 700℃、溶液浓度为24°Be’时,材料的常温耐压强度达到79.1 MPa,相较于酚醛树脂提高了58.2%;当热处理温度为1 700℃、溶液浓度为18°Be’时,材料的显气孔率达到16.8%,相较于酚醛树脂降低了13.4%。MgCl_(2)·6H_(2)O溶液浓度的增加有利于提高材料的断裂韧性。MOC和Mg(OH)_(2)在烧成过程中会分解产生活性MgO,促进材料的烧结。此外,分解产生的活性MgO呈类球状,它们分散填充在镁砂颗粒内部裂隙处,形成微孔结构,有利于减缓热震时的热应力冲击。

原料组成对多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷显微结构与性能的影响

利用原位分解合成法,以轻烧MgO、Fe2O3和Al(OH)3为原料,成功制备了多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷,并研究原料组成对其显微结构与性能的影响。研究结果表明:当理论镁铁铝复合尖晶石含量为0%(质量分数,下同)时,试样中颈部连接形成较少,耐压强度较低;当理论镁铁铝复合尖晶石含量为4%~16%时,试样中生成的液相量增多,物质运输速率加大,形成的颈部连接较多,耐压强度较高;当理论镁铁铝复合尖晶石含量为24%时,试样中镁铁铝复合尖晶石生成带来的体积膨胀增多,增大颗粒间距,颈部连接的形成减少,试样的耐压强度减小。同时,当理论镁铁铝复合尖晶石含量为12%~16%时,多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷具有较高的显气孔率(22.3%~24.6%)、较低的体积密度(2.75~2.80 g/cm^(3))和较高的耐压强度(100.6~123.1 MPa)。

发泡-自发凝固浇注法制备镁铝尖晶石质多孔材料

为了提高热工窑炉的热效率,降低热能损耗,以工业级中档镁砂细粉(d50=34.2μm)、煅烧氧化铝粉(d50=3.4μm)为原料,油酸钾为发泡剂,羧甲基纤维素钠为稳泡剂,异丁烯与马来酸酐交替共聚物(ISOBAM-104,简称“IB”)为固化剂,采用发泡-自发凝固浇注法制备镁铝尖晶石质多孔材料,研究了IB加入量(外加质量分数分别为0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)对料浆和1500℃保温3 h烧后试样性能的影响。结果表明:1)随IB加入量增加,料浆的膨胀比减小,Zeta电位的绝对值先增大后减小,烧后试样的显气孔率减小,体积密度增大,常温耐压强度先升高后降低,气孔分布由紧密堆积变为独立分散,孔壁增厚,热导率先增大后减小。2)当IB加入量为0.3%(w)时,Zeta电位为-52.6 mV,料浆最稳定;烧后试样的常温耐压强度最大,为32.7 MPa,显气孔率为54.4%,体积密度为1.63 g·cm^(-3),热导率为0.205 W·m^(-1)·K^(-1)(350℃);平均气孔尺寸最小,为46.8μm,综合性能最佳。

钛酸铝-莫来石-镁铝尖晶石质空心球的研制

以钛酸铝粉、莫来石粉和镁铝尖晶石粉为原料,分别以淀粉、面粉、小米、尿素为成孔剂,采用滚球法制备了钛酸铝-莫来石-镁铝尖晶石质空心球前驱体,研究了4种成孔剂对其成球性能的影响,并研究了烧成温度(分别为1 400、1 450、1 500、1 550、1 600℃)对空心球强度的影响。结果表明:面粉、小米、尿素由于其空心球前驱体出现开裂或壳体脱落等缺陷而不适合作空心球的成孔原料;以淀粉为成孔剂,通过合适的热处理制度(于286℃保温60 min,升温至1 500℃时再保温60 min),可以获得粒度为1.5～4.5 mm,孔径为1～3 mm,壁厚在0.25～0.75 mm,且外观质量和球度均较好的空心球成品,单个球的耐压强度平均达到15 N以上。

镁砂与电熔合成铁铝尖晶石-刚玉复合材料的反应

以电熔合成铁铝尖晶石-刚玉复合材料和电熔镁砂为原料制备了铁铝尖晶石-镁铝尖晶石复合材料。检测了各烧后试样的线变化率、体积密度和显气孔率,并用XRD、SEM等研究了镁砂与电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料之间的反应,结果未发现有单一的镁铝尖晶石相生成,在高温下,MgO与铁铝尖晶石-刚玉之间存在互扩散,形成镁铝尖晶石和铁铝尖晶石固溶体;随着镁砂细粉加入量的提高,镁铝尖晶石向铁铝尖晶石中的固溶量加大;当电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料以颗粒加入时,发现在某些铁铝尖晶石颗粒周围存在环形裂纹;随着镁砂加入量的提高,试样的显气孔率下降,体积密度增大。

添加铁铝尖晶石对镁白云石耐火材料性能的影响

研究了添加铁铝尖晶石对镁白云石耐火材料物相结构和性能的影响。结果表明:铁铝尖晶石通过调节显微结构提高了材料的抗水化性和力学性能;铁铝尖晶石与游离氧化钙反应生成铁铝酸钙,形成链状结构包围氧化镁和游离氧化钙颗粒,降低了氢氧化钙颗粒形成过程的体积膨胀;与传统镁白云石耐火材料相比,含铁铝尖晶石的耐火材料机械强度提高了35%,硬度提高了50%。

镁铝尖晶石种类和板状刚玉对方镁石-尖晶石砖性能的影响

以不同粒度电熔镁砂以及90烧结镁铝尖晶石(富铝尖晶石)、75烧结镁铝尖晶石、66烧结镁铝尖晶石(富镁尖晶石)、板状刚玉细粉为原料,按照骨料与基质质量比65 35配料,经过1 730℃烧成后制备了方镁石-尖晶石砖。研究了添加不同种类镁铝尖晶石以及添加富镁尖晶石和板状刚玉细粉对方镁石-尖晶石砖体积密度、显气孔率、抗热震性、高温抗折强度和抗渣渗透性的影响。结果表明:加入富铝尖晶石的促进烧结作用明显,试样的体积密度最大,显气孔率最低,抗渣渗透性最好;加入富铝尖晶石试样高温抗折强度最大;加入富镁尖晶石和板状刚玉材料的抗热震性最好;在添加富镁尖晶石材料中加入板状刚玉能促进材料烧结,提高抗热震性和抗渣渗透性。

Pd-La/镁铝尖晶石催化剂上气相胺化法合成2,6-二异丙基苯胺

采用硝酸铝和硝酸镁混合溶液浸渍氧化铝 ,干燥后高温焙烧制得尖晶石载体 ,再用氯化钯和硝酸镧混合溶液浸渍该载体 ,制成Pd La/尖晶石催化剂 .研究了该催化剂上的气相胺化合成 2 ,6 二异丙基苯胺 .采用BET孔结构测试和XRD ,TG ,FT IR及SEM等手段对新鲜及失活催化剂进行了表征 ,考察了胺化反应前后催化剂性质的变化 .结果表明 ,失活催化剂上的积碳分别沉积在金属和载体上 ,这两种不同性质的积碳可分别在 2 42和 32 4℃燃烧 ,积碳中含有芳环、脂环、烷基、稠环芳烃和胺基物 .催化剂的失活是由于气相胺化反应产物 2 ,6 二异丙基苯胺和中间产物 2 ,6 二异丙基环己胺均为碱性的大分子物质 ,它们容易吸附在催化剂的酸性载体上 ,并进一步生成更大的分子而形成积碳 .

水泥熟料及碱盐对方镁石-镁铝尖晶石砖的侵蚀行为

对以电熔镁砂、电熔镁铝尖晶石为原料制备的方镁石-镁铝尖晶石砖进行了不同温度的抗侵蚀试验,研究了水泥熟料及碱盐(K2SO4、KCl)对方镁石-镁铝尖晶石砖的化学组成、矿物组成及显微结构的影响,从而研究其对方镁石-镁铝尖晶石砖的侵蚀行为。结果表明:1)水泥熟料对方镁石-镁铝尖晶石砖的侵蚀过程主要是向砖内渗透,侵蚀砖中方镁石及基质M2S生成低熔物CMS而使M2S、方镁石不断溶解,使砖形成致密的变质层,温度越高,渗透和侵蚀作用越剧烈。2)碱盐通过对砖的液相渗透和气相扩散,在砖中与杂质发生化学反应,生成新的气体并挥发,使砖的表层因碱盐的化学侵蚀而疏松,深层因残碱的沉积而致密。3)实际使用中,碱盐在高温层侵蚀砖中的方镁石及结合相而使高温层疏松,使水泥熟料大量渗透和侵蚀而形成致密的变质层;碱盐在低温层的析晶、沉积,使致密的变质层变厚。而致密且较厚的变质层在温度波动时将导致方镁石-镁铝尖晶石产生严重的结构剥落。

溶胶-凝胶法制备纳米镁铝尖晶石纳米粉

以硝酸镁和硝酸铝为原料,柠檬酸为络合剂,混合后制得柠檬酸盐先驱体,并将脲加到柠檬酸盐先驱体中,得到另一种新的含脲柠檬酸盐先驱体。两种先驱体分别经800℃和1000℃煅烧,可得到镁铝尖晶石纳米粉。XRD分析表明,800℃煅烧已有镁铝尖晶石形成,镁铝尖晶石结晶化程度随煅烧温度的升高而提高,而在同一热处理温度下,含脲柠檬酸盐前驱体比柠檬酸盐前驱体制得的纳米镁铝尖晶石颗粒细。TEM结果表明:800℃煅烧含脲柠檬酸盐可得到的镁铝尖晶石纳米粉体,颗粒大小均匀,粒径尺寸在20～30nm。

镁铝尖晶石粉加入量对MgO-MA质材料性能的影响

为了降低炭素焙烧炉火道墙用耐火材料的热膨胀率,从而降低炭素焙烧炉的热耗,以重烧镁砂和电熔镁砂为骨料,电熔镁砂粉和烧结镁铝尖晶石(MA)粉为基质,分别于1 500、1 550、1 600℃保温3 h热处理后制备了MA加入质量分数分别为5%、10%、15%、20%的MgO-MA质材料,并重点研究了MA粉加入量对1 500℃烧后试样致密度、热膨胀性能和显微结构的影响。结果表明:MA细粉的引入降低了MgO-MA质材料的致密度,但也降低了其热膨胀率,有利于改善材料的热膨胀性能。结合体积密度与常温耐压强度来看,MgO-MA质材料基质中MA粉的加入量不宜超过5%(w)。

镁铝尖晶石对方镁石-复合尖晶石砖性能及抗V_2O_5侵蚀性的影响

以高纯镁砂、高铁镁砂、铁铝尖晶石砂、镁铝尖晶石为原料,于1 600℃烧成制备了方镁石-复合尖晶石试样,研究不同镁铝尖晶石对试样性能的影响,采用SEM观察和分析了V_2O_5气氛侵蚀后试样的微观形貌。结果表明:添加75MA和90MA的试样,显气孔率随着尖晶石含量的增加先增加后降低;添加66MA的试样,显气孔率随着尖晶石含量增加而增加;添加三种尖晶石的试样,耐压强度、高温抗折强度均随着尖晶石含量增加而降低;添加12%75MA和90MA试样的热震稳定性好于添加66MA的试样;添加90MA的试样,尖晶石含量越高,试样的抗侵蚀性越好;添加66MA尖晶石的试样,尖晶石含量越高,试样的抗侵蚀性越差;当试样中MA含量相同时,Al_2O_3含量越高,试样的抗V_2O_5侵蚀性越好。

刚玉-尖晶石无碳钢包砖的研发与应用

为了满足生产低碳钢和超低碳钢的技术要求,以棕刚玉、板状刚玉、电熔镁铝尖晶石粉为原料,电熔镁砂粉和α-氧化铝微粉为添加剂,络合镁铝溶胶为结合剂,研制出了机压成型免烧刚玉-尖晶石无碳砖,并进行了实验。试验结果表明:当电熔镁砂粉和α-氧化铝微粉加入量分别为3%和8%时,试验砖的性能最佳。该砖在太钢90 t LF钢包熔池及包底部位使用,其寿命达到105炉。

富铝尖晶石微粉对刚玉-尖晶石浇注料关键使用性能的影响

为研究不同氧化铝含量的富铝尖晶石微粉对刚玉-尖晶石浇注料关键使用性能的影响,以粒度为6~3、3~1和≤1 mm的板状刚玉颗粒和≤1 mm的尖晶石颗粒为骨料,以≤0.074 mm的板状刚玉细粉、≤0.032 mm的尖晶石细粉、d_(90)=10.0μm的活性α-Al_(2)O_(3)微粉和不同氧化铝含量的镁铝尖晶石微粉为细粉,Secar 71水泥为结合剂,按骨料与粉料质量比为66.5∶33.5进行配料,制备了刚玉-尖晶石浇注料。研究了不同氧化铝含量的富铝尖晶石微粉加入量为7%(w)时,对刚玉-尖晶石浇注料显微结构和关键使用性能的影响。结果表明:1)添加富铝尖晶石微粉有利于提高浇注料的高温抗折强度、抗热震性和抗渣性,且其可在渣-浇注料反应界面形成数量多且分布均匀的六铝酸钙,阻碍了钢包精炼渣在浇注料中的渗透。2)当富铝尖晶石微粉中氧化铝含量为90%(w)时,所制备的浇注料试样抗渣渗透能力较强。

添加铝铬渣对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

为拓展铝铬渣的资源化利用途径及降低产品的成本,以铝铬渣取代常规刚玉-尖晶石浇注料中的烧结刚玉,研究了铝铬渣添加量(加入质量分数分别为0、10%、20%、30%、40%和50%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响,并用其制成整体型透气砖在210 t精炼钢包上进行了工业应用试验。结果表明:1)随着铝铬渣添加量的增加,1 550℃烧后试样的显气孔率和体积密度及耐压强度变化不大,常温抗折强度有所降低,加热永久线变化率逐渐变大,加入30%(w)铝铬渣可以提高试样的高温抗折强度,因此,加入30%(w)铝铬渣试样的综合性能最佳;2)含30%(w)铝铬渣的透气座砖能够完全取代常规产品,透气芯也能够满足现场冶炼需要,但损耗速率略高于常规产品。

含镁刚玉对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

针对刚玉-尖晶石浇注料中尖晶石传统引入方式造成的抗渣侵蚀性与热震性能不理想问题,本文采用含氧化镁4wt.%的刚玉骨料部分取代常用的板状刚玉骨料,研究了其取代量对刚玉-尖晶石浇注料结构与性能的影响。结果表明:随着含镁刚玉骨料加入量的增大,1600℃×3 h烧后,在骨料与基质界面处形成CA_6与MA的复合保护层,浇注料的抗渣侵蚀性显著提高,侵蚀面积由6.2%降低至1.3%;经1100℃—水冷循环5次后,试样的残余强度保持率由15%增大到23%。

前驱体种类对非水解溶胶-凝胶法合成镁铝尖晶石的影响

运用非水解溶胶-凝胶法(NHSG法)合成了镁铝尖晶石粉体,借助X射线衍射分析和傅里叶变换红外光谱分析研究了铝源及镁源种类对镁铝尖晶石粉体合成造成的影响,利用场发射扫描电镜表征了制备样品的形貌。结果表明:氟化铝和氟化镁的离子键成分过高,以其作为前驱体原料时,无法与对应的镁前驱体或铝前驱体发生异质缩聚反应,因此不能实现镁铝尖晶石的低温合成。醋酸镁为镁源对铝醇盐的形成过程有一定影响,造成样品的低温合成效果不佳。优选出铝源和镁源分别为铝粉和镁粉,铝粉和镁粉分别与乙醇发生反应生成金属醇盐,然后脱醚缩聚形成Mg-O-Al键,因而能在700℃低温合成MgAl2O4纯相。且制得样的粉体分散性好,平均粒径为11nm,粒径分布较窄。