微孔刚玉的制备及其对铝镁浇注料性能的影响

在采用多孔介质模型进行微孔骨料孔径数值模拟设计的基础上，分别以α-Al2O3微粉、工业Al2O3细粉、α—Al2O3微粉＋CaCO3细粉为原料，通过湿磨工艺分别制备了三种微孔刚玉骨料A1、A2、A3，并分别以平均孔径约O．6μm的Al和A3两种微孔刚玉为骨料制成轻质铝镁浇注料，与采用板状刚玉骨料制备的普通铝镁浇注料进行了性能对比。结果表明：1）以α-Al2O3微粉、工业Al2O3细粉等为主要原料，在1800℃以上烧结可获得体积密度为3．1～3．5g·cm^-1、显气孔率约5％、闭口气孔率为8％～13％的微孔刚玉骨料，其800℃的热导率比板状刚玉的小；2）与普通铝镁浇注料相比，两种轻质铝镁浇注料的显气孔率较大，体积密度较小，1500℃处理后的强度较高，线变化率较小，在600和800℃时的热导率明显较小；3）与普通铝镁浇注料相比，含A1骨料的铝镁浇注料渗透指数偏大，含A3骨料的铝镁浇注料的侵蚀指数稍大，但渗透指数小。

微孔刚玉和板状刚玉耐火材料的抗渣性对比

分别以微孔刚玉和板状刚玉为原料,按粒度为3～1、≤1和≤0.088 mm的原料质量分数分别为35%、30%和35%配料,外加4%的纸浆废液作结合剂,压制成坩埚试样,在1 600℃保温3 h烧成后,加入10 g碱度为3.2的转炉终渣,在1 600℃保温3 h条件下进行抗渣试验,然后测量并计算试样的侵蚀指数和渗透指数,并对侵蚀后试样进行了形貌观察、元素面分布分析和微区成分分析。结果表明:两种刚玉质耐火材料的抗渣侵蚀性基本相同,但是,以微孔刚玉制备的试样的抗渣渗透性却比以板状刚玉制备的差。

不同氧化铝对轻量微孔刚玉骨料结构与性能的影响

以α-Al2O3微粉、工业Al2O3细粉为原料,经过湿磨制料和1 830℃烧结制备了轻量微孔刚玉骨料,研究不同氧化铝原料对轻量微孔刚玉骨料体积密度、气孔率及显微结构的影响。结果表明,在实验工艺条件下,采用工业氧化铝细粉或α-Al2O3微粉作为原料,均可获得体积密度为3.2～3.5g/cm3、显气孔率在5%以下、平均孔径为0.5～1μm的轻量微孔刚玉骨料,其800℃导热系数比普通板状刚玉小25%～42%;相比之下,采用工业Al2O3细粉作为原料时,所制得的骨料晶粒粗大,体积密度较大,闭口气孔在总气孔中所占比率较小,而采用α-Al2O3微粉作为原料时,所制得骨料晶粒细小,体积密度较小,闭口气孔在总气孔中所占比率较大,平均气孔孔径及导热系数亦比采用工业Al2O3细粉作原料时更小。

低导热微孔刚玉骨料的湿法制备及其抗渣机制研究

为了制备轻质高强且耐渣蚀的工作衬耐火材料,首先以α-Al_2O_3微粉为主要原料,采用铝溶胶、淀粉为结合剂,通过湿磨法经1 780℃煅烧后制备了一种微孔刚玉骨料,其体积密度为3.05 g·cm^(-3),显气孔率为9.1%,闭口气孔率达12.3%,中位孔径为0.43μm,800℃下热导率为6.5 W·m^(-1)·K^(-1),较普通刚玉降低41.6%。然后采用浸泡法研究了微孔刚玉骨料的抗渣性能,并与普通刚玉骨料进行对比研究,以揭示微孔刚玉骨料的抗渣机制。结果表明:微孔刚玉骨料的抗渣性能明显优于普通刚玉骨料的。显微结构及能谱分析显示:在微孔刚玉骨料与熔渣反应界面形成了一层连续的隔离层,隔离层中主要为大量的CA_2及CA_6柱状晶体;而普通刚玉骨料与熔渣反应界面的柱状晶体分布则不连续,熔渣大量侵蚀或渗透进入骨料内部。其抗渣机制主要是微孔更有利于CA_2及CA_6柱状晶体成核、长大,由于微孔刚玉骨料孔径更为细小,在熔渣与骨料反应过程中熔渣达到饱和时,微孔刚玉及普通刚玉的临界溶解厚度分别为0.16及0.34μm;并且第二相熟化速率增大,微孔刚玉骨料的第二相熟化速率为普通刚玉的9.7倍。

关于盘式刚玉微孔曝气器离线维护方式的探讨

污水处理厂经过长时间运行后,其微孔曝气器很容易发生气孔堵塞,曝气系统的充氧性能和搅拌强度大大降低,造成污水处理厂能耗、处理效能下降。传统的在线维护方式无法彻底解决曝气器内表面及微孔内部积垢,而更换下来的旧刚玉微孔曝气器尚有恢复价值。本文主要研究通过专项设备和甲酸的配合,深度清洗刚玉微孔曝气器微孔内的污垢,使其恢复原有的工作效能,达到重复利用、节约运行成本的目的。

纳米氧化铝超塑性及其对轻量刚玉材料微结构的影响

高温工业炉衬耐火材料轻量化可大大降低工业窑炉能耗,对整个高温工业节能减排具有举足轻重的意义,也是目前国内外本领域所关注的重要课题,其关键在于形成大量微纳米封闭气孔。本文采用高温弹性模量、高温应力-应变等测试手段,首先对不同晶型纳米氧化铝的超塑性进行了对比研究;基于优势晶型纳米氧化铝超塑性,引入纳米铝溶胶,通过构建纳-微米双尺度烧结模型,制备了轻量刚玉材料。结果表明:与普通氧化铝微粉相比,纳米氧化铝表现出更好的高温超塑性,其中,纳米γ-Al_2O_3较为显著,其应变量为普通氧化铝微粉的3倍;引入纳米铝溶胶,发挥纳米氧化铝超塑性,可使材料闭口气孔率增加,体积密度降低,晶内气孔数量增加,制备出显气孔率较低、闭口气孔率较高、平均孔径较小的轻量微孔刚玉材料。

精炼钢包铝镁系耐火材料轻量化及其渣蚀行为研究

耐火材料轻量化是其重要发展方向之一,研发合适的多孔骨料取代致密材料且确保服役安全与寿命是一条重要途径。大型工业炉工作衬处于高温苛刻环境,其渣蚀致损是关键,不仅与钢渣运动有关,也受材料微结构的影响,仅凭单一实验手段难以探明。以精炼钢包铝镁系耐火材料为对象,研制了性能指标参数优异的轻量微孔刚玉骨料及其轻量铝镁系耐火材料,无论是静态还是动态渣蚀实验,轻量铝镁系耐火材料均表现出不亚于普通铝镁系耐火材料的抗渣性能。同时,根据自制多孔骨料性能参数,采用随机骨料-基质二元结构模型描述耐火材料微结构差异,构建其渣蚀过程的温度、流动、反应等多场耦合数学模型,利用数值模拟方法,探索不同条件下精炼钢包轻量化耐火材料的渣蚀特性,明确了多孔骨料的关键参数及轻量化铝镁系耐火材料的抗渣蚀机理,可为设计和开发长寿轻量化耐火材料提供理论指导,能促进精炼钢包等高温窑炉的节能降耗。

武钢高炉风口组合砖材质的改进

武钢4号高炉风口组合砖材质为陶瓷结合的刚玉莫来石砖,其透气度很高,由于碱金属的入侵和锌的沉积不断产生体积膨胀,使风口上翘。微孔刚玉砖具备优良抗碱性、抗炉渣侵蚀性和热震稳定性,并且是碳结合微孔砖,很适合用于风口组合砖,武钢5号高炉大修和新建的8号高炉将风口组合砖由刚玉莫来石砖改为微孔刚玉砖,目前的使用效果良好。

HIsmelt工艺熔融还原炉用耐火材料的抗侵蚀性研究

为促进HIsmelt工艺的进一步发展和应用,根据HIsmelt工艺熔融还原炉(SRV)的特点,利用静态坩埚法对比研究了SRV渣在1 500℃下对铬刚玉砖、微孔刚玉-莫来石砖、刚玉-莫来石砖、刚玉-尖晶石砖的侵蚀。结果表明:1)铬刚玉砖抗SRV渣渗透侵蚀能力最强,因为FeO与铬刚玉砖中的Al_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3)反应生成高熔点物,抑制炉渣的渗透和侵蚀。2)微孔刚玉-莫来石砖中镁铝尖晶石与钙铝黄长石的生成在侵蚀层形成保护层,阻止SRV渣的渗透侵蚀,在3种无铬材料中,表现出最优的抗侵蚀性。3)刚玉-莫来石砖中由于大量钙长石的形成产生的缝隙造成渣的不断渗入,使得熔渣对砖的侵蚀较严重。4)刚玉-尖晶石砖中原位生成粒径小、活性高的尖晶石晶粒,能有效吸收熔渣中的铁离子形成镁铝铁复合尖晶石,阻挡SRV渣的侵蚀。

轻量化钢包工作衬浇注料的制备及性能

分别以板状刚玉、微孔刚玉和六铝酸钙(CA6)为骨料,板状刚玉细粉、活性α-Al2O3微粉、SiO2微粉、电熔镁砂粉为基质、纯铝酸钙水泥为结合剂,以及在基质中适当添加MgO超微粉(D50=5.4μm)和A(OH)3超微粉(D50=8.2μm),制备了轻量化钢包工作衬浇注料,研究了以上骨料和超微粉对浇注料物理性能、孔径分布、热导率、抗热震性能、以及抗渣性能的影响。结果表明:六铝酸钙(CA6)可降低浇注料体积密度,但会导致浇注料内部气孔孔径增大,强度和抗渣性降低;采用微孔刚玉不仅可降低浇注料的体积密度,而且增加浇注料中微气孔的比例,进而降低浇注料的热导率,提高抗热震性能和抗渣渗透性能;引入MgO超微粉和Al(OH)3超微粉,一是起到填充作用,可增强流动性,提高浇注料强度,二是利用Al(OH)3超微粉的原位分解成微孔,可提高浇注料中微气孔的比例,进而材料的断裂能、抗热震性能以及抗渣性能。