ZrC改性石墨对低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料结构与性能的影响

为解决目前低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料性能下降、寿命缩短等问题,以Zr粉和鳞片石墨为原料,以NaCl和NaF为熔盐介质,在氩气气氛中于1000℃保温3 h合成了ZrC改性石墨。然后以电熔白刚玉、α-Al_(2)O_(3)粉、Al粉、Si粉、鳞片石墨和ZrC改性石墨为原料,以酚醛树脂为结合剂制备了低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料试样。研究了ZrC改性石墨添加量(加入质量分数分别为0、1%、3%、5%)对低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料的物相组成、显微形貌、物理性能的影响。结果表明:与仅添加鳞片石墨的试样相比,引入1%~3%(w)的ZrC改性石墨可显著提高低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料试样的力学性能,但是当引入5%(w)的ZrC改性石墨时,降低了其性能。添加3%(w)ZrC改性石墨时,试样的力学性能最优,其常温抗折强度和常温耐压强度分别为22.3和97.5 MPa。

氟盐置换EDTA容量法测定硅铝系耐火材料中Al_(2)O_(3)

试样用混合熔剂熔融,经稀盐酸浸取样经碱熔水浸取,用苯羟乙酸(苦杏仁酸)掩蔽Ti,在过量EDTA存在下,调pH=3~4,加热使铝、铁等离子与EDTA络合,加入pH=5.5的六次甲基四胺溶液,以二甲酚橙为指示剂,先用乙酸锌滴定溶液滴定过量的EDTA,再用氟盐取代与铝络合的EDTA,最后用乙酸锌滴定溶液滴定取代出的EDTA,求得Al_(2)O_(3)含量。本方法不适用于含锆试样,操作简便,滴定终点易于观察,Al_(2)O_(3)测定范围较广。

升温制度对Al-MgO-Al_(2)O_(3)耐火材料物相组成及显微结构的影响

以金属Al粉、电熔镁砂和电熔棕刚玉为原料,热固性酚醛树脂为结合剂,制备了Al-MgO-Al_(2)O_(3)耐火材料试样。在空气条件下以两种升温制度对其进行热处理:1)直接升温至1500℃保温2 h;2,先升温至580℃保温2 h后再升温至1500℃保温2 h。利用XRD、SEM等探究了升温制度对材料相组成及显微结构的影响。结果表明:1)直接升温至1500℃热处理后,材料中生成的非氧化物相主要为Al 4O 4C;2,580℃保温2 h有利于金属铝在高温下以Al 2O(g)的形式参与反应,进而使材料中生成(Al 2OC)x(AlN)1-x纤维;3)先580℃保温再1500℃热处理后材料中形成了以镁铝尖晶石和(Al 2OC)x(AlN)1-x纤维为主成分的致密层。

模拟氢基竖炉工况条件下铝硅质耐火材料的结构与性能演变

基于H_(2)/CO混合气强还原服役环境,本工作模拟常压氢基竖炉服役工况,研究典型的铝硅质耐火材料经还原处理后性能变化规律及失稳机制。结果表明,在V(H_(2))∶V(CO)=5∶2的条件下,热处理温度由450℃升高至950℃,混合气体对铝硅质耐火材料的还原能力逐渐增强。现有条件下,铝硅质耐火材料失稳的两个关键因素在于Fe_(2)O_(3)含量以及磷酸盐结合剂:1)当铝硅质耐火材料中Fe_(2)O_(3)含量较高时,在H_(2)/CO气氛下,Fe_(2)O_(3)极易被还原为单质铁。同时,这种情况会导致铝硅质耐火材料发生一定程度的体积变化和显著的力学性能下降。2)磷酸盐结合铝硅质耐火材料也面临磷酸盐挥发,导致显气孔率提高,结构稳定性降低。然而,研究还发现磷酸盐结合刚玉-莫来石砖中Fe_(2)O_(3)含量较低且伴生一定含量的TiO_(2)时,材料具有较好的抗H_(2)/CO气还原能力。通过比较铝硅质耐火材料在CO气氛和H_(2)/CO气氛下力学性能,发现V(H_(2))∶V(CO)=5∶2气氛下在850℃热处理3 h比CO气氛下500℃热处理100 h具有更强的还原能力。

纳米材料改性低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料的研究现状

传统Al_(2)O_(3)-C耐火材料具有优异的抗剥落性、抗渣性和抗热震性,被广泛应用于钢铁生产。随着洁净钢冶炼工艺的发展,传统Al_(2)O_(3)-C耐火材料较高的碳含量已无法满足其生产标准,而降低Al_(2)O_(3)-C耐火材料中的碳含量又会导致材料的抗热震性能和抗侵蚀性能的下降。为了解决这些问题,研究人员尝试向耐火材料基质中直接加入或原位生成纳米材料,来提高Al_(2)O_(3)-C耐火材料的高温服役性能。综述了近年来纳米碳材料和纳米陶瓷相对低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料基质改性的研究现状,展望了今后该领域的研究方向。

掺杂La_(2)O_(3)对制备堇青石结合碳化硅陶瓷耐火材料加热炉衬里的制备改性研究

随着当今世界产业多元化发展,以消耗能源为主要动力的电力、冶金、汽车、煤炭等行业面临着严峻的环境污染危机。碳化硅多孔陶瓷由于具有优异的高温力学性能,良好的耐腐蚀性,较强的抗热震性等特性,日益成为工业生产中高温气体净化的高效核心部件。堇青石作为硅酸盐体系中稳定的化合物,利用其高温稳定性,将其与碳化硅制成复合陶瓷基材,有效地提高加热炉耐火材料的高温机械强度。本文系统地探究了掺杂La_(2)O_(3)对于堇青石结合碳化硅多孔陶瓷的改性影响。实验得出:La_(2)O_(3)作为一种密堆六方的镧系稀土元素,能有效地抑制方石英的生成,促进堇青石相的低温合成,当掺杂0.6wt%La_(2)O_(3)时,其抗弯强度和气孔率均达到最优值,分别为62.26MPa、31.40%。但过多的添加La_(2)O_(3)助剂,随着温度的升高,其产生过多的熔融液相会使得陶瓷材料的气孔率和强度骤降。

Cr2O3微粉加入量对Al_(2)O_(3)-Cr2O3质耐火材料性能的影响

以电熔铬刚玉和白刚玉为主要原料,用Cr2O3微粉部分替代电熔铬刚玉细粉,研究了Cr2O3微粉加入量对Al_(2)O_(3)-Cr2O3质耐火材料常温和高温性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明,随着Cr2O3微粉加入量的增加,原位形成了(Al1-xCrx)2O3固溶体,促进了烧结,材料的显气孔率先降低后升高,且(Al1-xCrx)2O3固溶体的晶格常数呈线性增加,符合Vegard定律。材料的常温抗折强度和常温耐压强度随Cr2O3微粉加入量的增加先升高后降低,在Cr2O3微粉加入量为15%(质量分数)时强度达到最大值。而当Cr2O3微粉加入量为20%(质量分数)时,由于有挥发现象,材料显气孔率上升,强度下降。材料高温抗折强度随Cr2O3微粉加入量的增加而增加,材料的残余强度保持率呈先降低后升高的趋势。

CaO-Y_(2)O_(3)复合材料的制备及性能研究

分别以Y(NO_(3))_(3)·6H_(2)O、CaCO_(3)为钇源和钙源,以CO(NH_(2))2为燃料,采用低温自蔓延燃烧合成(LCS)法制备复合Y_(2)O_(3)包覆CaO粉体,合成粉体经煅烧、压制、干燥、烧结后制备出复合CaO-Y_(2)O_(3)材料,考察了钙钇摩尔比对复合材料结构及性能的影响。结果表明:所制备的复合粉体具有良好的包覆性。钙钇摩尔比为2∶1时材料物理性能最佳,其相对密度达到96.56%,显气孔率为1.32%,常温耐压强度为270.0 MPa,热震循环5次后试样残余强度保持率为88.39%,大气环境下21 d后的水化增重率为0.75%。

添加Y_(2)O_(3)对CaO-MgO-SiO_(2)体系中CMS的影响

为了提高镁质耐火材料的高温性能,以分析纯化学试剂MgO、CaO、SiO_(2)、Y_(2)O_(3)等为主要原料,研究了添加Y_(2)O_(3)对CaO-MgO-SiO_(2)体系中钙镁橄榄石(CMS)的生成和转化的影响,以及转化生成物Ca_(4)Y_(6)O(SiO_(4))_(6)的耐火度。结果表明:1)Y_(2)O_(3)的添加不仅能够显著减少CaO-MgO-SiO_(2)体系中低熔点相CMS的生成量,而且能够从CMS中捕获CaO和SiO_(2)使CMS转化为高熔点相Ca_(4)Y_(6)O(SiO_(4))_(6)、MgO和Y_(2)Si_(2)O_(7),有利于提高镁质材料的高温性能。2)Ca_(4)Y_(6)O(SiO_(4))_(6)的耐火度>1800℃。

不同结合剂对高铝耐火材料性能的影响

为了开发不含碳的钢包用高铝不烧砖,对比了含碳结合剂(活性氧化镁+木质素)和不含碳结合剂(活性氧化镁+ρ-Al_(2)O_(3))的使用效果。以不同目数的板状刚玉为骨料,再以电熔镁砂微粉、200目板状刚玉和氧化铝微粉为基质,构成了高铝耐火材料的主体,再分别添加含碳结合剂或不含碳结合剂。在一定压力下压制试样,然后在不同的温度和时间下烧结,分别检测了不同结合剂对高铝试样的常温耐压强度、体积密度、气孔率和加热永久线变化率等性能的影响。结果表明:活性氧化镁与ρ-Al_(2)O_(3)在高温下生成镁铝尖晶石,增强了高铝试样的高温物理性能,且活性氧化镁含量越多,试样的高温物理性能越好;含木质素的结合剂提升了试样的常温耐压强度,但高温性能较差。

热震条件下Al_(2)O_(3)-O’-SiAlON-SiC复合材料氧化行为研究

以板状刚玉(骨料和细粉)、α-Al_(2)O_(3)微粉和硅粉等为原料,在1500℃下埋炭保温3 h烧结制备了Al_(2)O_(3)-O’-SiAlON-SiC复合材料。研究了热震及不同热震次数对复合材料氧化行为的影响。研究结果表明:在无热震和热震条件下,试样氧化增重率在900~1300℃均随温度升高而增加;热震氧化条件下的增重率大于无热震条件,且随热震次数增加,氧化增重率略有增加。无热震条件下,试样恒温氧化曲线类似于抛物线型,而热震条件下,试样氧化曲线接近直线型。因此,热震明显促进了复合材料的氧化,其原因在于热震使试样表面的氧化保护膜破裂,试样产生微裂纹,为氧气进入试样内部提供通道,进而加速材料氧化。

镁-钙锆复合材料作为碱性耐火材料骨料的开发

MgO-CaZrO3基复合材料骨料通过白云石和ZrO2的烧结反应制得。通过对烧结骨料MgO-CaZrO3体积密度、显微结构、热膨胀、断裂和抗热震性等一系列的表征,结果发现白云石的石灰相转化成了高熔CaZrO3,其较高的热膨胀性与MgO不匹配,产生骨料的抗热震性是由于晶界处微裂纹的作用。该产品可能作为水化和抗热震稳定的碱性耐火材料使用。

工艺参数对镁铝尖晶石保温材料物相与性能的影响

以α-Al_2O_3微粉、电熔镁砂和ρ-Al_2O_3为原料,采用泡沫胶凝法制备了体积密度0.9~1.1 g/cm3镁铝尖晶石保温材料,考察了ρ-Al_2O_3、电熔镁砂加入量、烧成温度和保温时间对镁铝尖晶石保温材料物相与性能的影响。研究结果表明,随着ρ-Al_2O_3加入量增加试样常温耐压强度与烧成线变化率增大,物相组成均为＂刚玉＋镁铝尖晶石＂;增加Mg O加入量试样先收缩后膨胀,加入量为20wt%时常温耐压强度达最大值,物相组成由＂刚玉＋镁铝尖晶石＂变为＂镁铝尖晶石＂再变为＂镁铝尖晶石＋方镁石＂;提高烧成温度能明显促进试样烧结,延长保温时间可提高试样常温耐压强度。

多孔球形莫来石基浇注料的制备及性能研究

为制备保温性能及机械性能均较优异的高温窑炉用隔热耐火材料,以多孔球形莫来石、矾土细粉、α-Al_(2)O_(3)微粉、硅微粉和Secar71水泥为主要原料,制备了多孔球形莫来石基浇注料,研究了矾土细粉掺量对多孔球形莫来石基浇注料机械性能、导热系数、抗侵蚀性能及热震稳定性的影响。结果表明,改变矾土细粉的掺量,可使多孔球形莫来石基浇注料在保持较高机械性能的基础上提高保温性、热震稳定性和抗侵蚀性能。随着矾土细粉掺量的增加,多孔球形莫来石基浇注料的机械性能变化不大,但导热系数小幅降低,抗侵蚀性能出现较大差异,热震稳定性先提高后降低。当矾土细粉掺量为28%(质量分数)时,多孔球形莫来石基浇注料的机械性能、热震稳定性及抗侵蚀性能良好,在1000℃时导热系数为0.905 W·m^(-1)·K^(-1)。多孔球形莫来石基浇注料的导热系数低于中间包和钢包永久层用高铝浇注料,可替代中间包、钢包永久层用高铝浇注料以减少热损失。

镍基高温合金K417G与氧化物耐火材料的界面反应

研究了1600℃温度下Al_(2)O_(3)、CaO、MgO、Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)、CaO稳定ZrO_(2)和Y_(2)O_(3)共6种材料坩埚与镍基高温合金K417G熔体的界面反应。结果表明:熔体对Al_(2)O_(3)坩埚以物理侵蚀为主,但坩埚易剥落导致合金中含有Al_(2)O_(3)夹杂物;CaO坩埚与合金界面处生成了液相Ca_(3)Al_(2)O_(6),促进熔体与CaO之间的润湿性,导致界面处粘连严重;MgO坩埚与熔体中Al反应生成MgAl_(2)O_(4)并进入合金生成夹杂物;Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)坩埚与合金界面处生成Al_(2)O_(3)反应层,但是Al_(2)O_(3)层未对坩埚发生侵蚀,可见这种坩埚具有较强的抗Al_(2)O_(3)渣的能力;CaO稳定ZrO_(2)坩埚与合金界面处生成液相CaAl_(2)O_(4),导致坩埚失稳,向合金内剥落溶解;Y_(2)O_(3)坩埚与合金界面处主要生成Al_(2)Y_(4)O_(9)反应层,并且Y_(2)O_(3)向合金内溶解较为严重。坩埚和熔体交互作用对K417G熔体杂质O含量有显著影响,CaO、Y_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)坩埚熔炼合金中O含量没有增加,而CaO稳定ZrO_(2)坩埚熔炼后O含量由0.0007%(质量分数)增加至0.0011%,MgO和Al_(2)O_(3)坩埚熔炼后,合金O含量增加明显,由0.0007%分别增加至0.0034%和0.0135%。

新型结合剂SioxX-Zero对喷煤管用无水泥浇注料显微结构和性能的影响

喷煤管是水泥回转窑的关键承力部位,长期承受高温熟料粉尘和气流的剧烈冲刷,需具备优异的高温力学性能。本工作分别以新型SioxX-Zero和传统铝酸钙水泥为结合剂,采用板状刚玉、α-Al_(2)O_(3)微粉和碳化硅等为主要原料,分别在1100℃和1400℃热处理3 h,制备了喷煤管用无水泥和低水泥结合Al_(2)O_(3)-SiC质浇注料,并研究了新型SioxX-Zero结合剂对浇注料显微结构、常规物理性能和高温力学性能的影响。结果表明:与传统铝酸钙水泥相比,SioxX-Zero能有效提高浇注料流动值和延缓流动值衰减,改善其施工性能。同时,含SioxX-Zero的Al_(2)O_(3)-SiC质浇注料中原位生成了数量较多、尺寸较大的针状莫来石,大幅改善了材料的常温抗折/耐压强度、高温抗折强度和高温耐磨性能。