氧化硼对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料力学性能的影响

为了利用氧化硼“间接烧结”特性,进一步提升Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料的力学性能,以氧化硼(≤0.075 mm)为助烧剂,制备了以FM60莫来石颗粒、致密刚玉、碳化硅、α-Al_(2)O_(3)微粉等为主要原料的浇注料,探究了氧化硼细粉加入量(加入质量分数分别为0、0.2%、0.4%和0.6%)对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料结构与性能的影响。结果表明,添加氧化硼细粉会显著提升浇注料的加水量,但其有利于晶须状莫来石的生成,从而加强骨料和基质间的结合强度,试样的力学性能得到明显提升。但当氧化硼细粉加入量提高至0.6%(w)时,试样中莫来石晶须长径比减小,试样的强度降低。综合以上结果,氧化硼最佳加入量为0.4%(w)。

用后铁沟料加入量对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料性能的影响

为提高用后耐火材料的再利用率,以棕刚玉、用后铁沟料、白刚玉、碳化硅、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉等为主要原料,制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料。探究了用后铁沟料加入量(加入质量分数分别为0、14%、28%、42%和56%)对浇注料性能的影响。结果表明,随用后铁沟料加入量的增加,浇注料的加水量显著增加,试样经1450℃保温3 h热处理后由膨胀转变为收缩,试样经110℃保温24 h及1450℃保温3 h热处理后的体积密度、常温抗折强度、抗侵蚀性能均呈现下降趋势,但当用后铁沟料加入量不超过28%(w)时,性能下降幅度较小。将用后铁沟料加入量为28%(w)的浇注料用于1080和1350 m3高炉铁沟支沟与渣沟,取得了良好服役效果,主体结构服役周期大于70 d。

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。

CA_(6)细粉加入量对钢包永久衬用Al_(2)O_(3)-CaO系隔热浇注料抗渣性能的影响

为提高钢包周转过程中的保温性能,钢水冶炼过程常使用保温隔热材料以适应连铸钢水温度的变化,满足炉外精炼和连铸工艺需求。本文选用六铝酸钙(CA6)、97电熔镁砂、氧化铝微粉、白刚玉等为原料,纯铝酸盐水泥为主要结合剂,加入PC60减水剂和有机纤维,制备出用于钢包永久衬的隔热浇注料。探究了CA_(6)细粉加入量对隔热浇注料抗渣性能的影响。试验结果表明:1100℃煅烧后主要有颗粒状的CA_(2)生成,同时在基质内有大量片状的CA_(6);当煅烧温度升至1500℃,试样中的CA_(2)完全转化成了CA_(6),在试样内部仅检测出Al2O3和CA_(6)的特征峰;随着CA_(6)加入量的增加,试样的常温抗折强度和耐压强度呈现先上升后下降的趋势;同时,试样的导热系数呈现下降的趋势;当添加质量分数为10%CA_(6)时,试样的抗渣侵蚀性能较佳。

抗氧化剂对Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

在Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料抗氧化行为研究的基础上,对比研究了碳化硼、单质硅的添加及其二者复合对浇注料显微结构与性能的影响。研究结果表明:随着碳化硼加入量的增加,浇注料的抗氧化性和致密性得到改善,常温和高温力学性能、抗熔渣侵蚀和渗透能力显著提高;但是,碳化硼加入量过高可导致含硼低黏度液相的生成量增加,并降低浇注料的抗熔渣侵蚀性能。单质硅的添加及不同粒径硅粉的复合,有利于浇注料致密性和抗氧化能力的提高;控制小粒径单质硅的加入量,同时降低低熔点复合硅酸盐液相的生成量,有利于保持浇注料优良的抗氧化性、力学性能和抗熔渣侵蚀性能。

Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响,本文以平均粒径分别为80、61、45和38μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源,以平均粒径为15μm的轻质碳酸钙为氧化钙源,采用发泡法结合原位烧成工艺,经1550℃保温5 h烧成后获得CA_(6)轻质陶瓷材料,研究不同粒度的Al_(2)O_(3)原料对其物相组成、显微结构和物理性能的影响。结果表明:随着α-Al_(2)O_(3)粒度的减小,CA_(6)轻质陶瓷的线收缩率、体积密度和热导率逐渐变小,显气孔率增大,压缩强度呈先增大后减小的趋势。综合考虑,以平均粒径为45μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源所制试样的综合性能较佳,更能满足使用需求,其显气孔率、热导率和压缩强度分别为87.8%、0.149 W·m^(-1)·K^(-1)和0.29 MPa。

钛铁渣加入量对Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

为合理利用钛铁渣进而缓解资源紧张,以矾土熟料、致密刚玉、SiC、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉、Si粉为主要原料,添加质量分数分别为0、11.2%、22.4%、33.6%、44.8%和56.0%的钛铁渣等量替代矾土熟料,于1450℃保温3 h热处理后制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料,研究钛铁渣的加入量对浇注料性能的影响。结果表明:1)随着钛铁渣加入量的增多,浇注料的体积密度降低,显气孔率增加,常温强度总体呈下降趋势,但同时会在一定程度上提高浇注料的高温抗折强度和抗热震性;2)钛铁渣的引入带来过多的气孔为氧气的扩散提供了更多通道,且经氧化处理后由钛铁渣引入的杂质会生成较多液相,使得浇注料结构疏松,显著降低抗氧化性能;3)钛铁渣与熔渣反应会生成镁铝尖晶石,能够阻止熔渣的进一步侵蚀,提高其抗渣侵蚀性。综合考虑,钛铁渣的最佳加入量为56.0%(w)。

锂辉石粒度对Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料性能的影响

为了进一步改善高炉出铁沟用Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料的性能,以棕刚玉、致密刚玉、碳化硅、铝酸钙水泥、球沥青、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉等为主要原料,在传统抗氧化剂(Al粉和Si粉)的基础上,分别加入2%(w)不同粒度(粒度分别为≤0.076、≤0.048和≤0.038 mm)的锂辉石粉为抗氧化剂,经1450℃热处理制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料,研究了锂辉石粒度对其性能的影响。结果表明:随着锂辉石的添加及粒度的减小,热处理后试样残留碳化硅的量减小,显气孔率显著降低,高温性能和抗氧化性能显著提高;但当加入粒度较小的锂辉石时,试样中的SiC晶须生成量较多,并且具有更大的长径比,这明显改善了试样的力学性能。在Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料中加入≤0.038 mm的锂辉石,可以显著改善试样的抗氧化性和综合性能。

改性多层石墨烯加入量对Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料性能的影响

为了将亲水性较差的多层石墨烯更好地利用在Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料中,先使用硅溶胶对多层石墨烯进行改性,然后将其添加到Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料中,主要研究了硅溶胶改性多层石墨烯添加量(外加质量分数分别为0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)对Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料的流动性、烧后线变化、显气孔率、常温强度和高温强度等性能的影响。结果表明:1)在加水量相同的情况下,浇注料的流动值随改性多层石墨烯加入量的增多而线性减小。2)随着改性多层石墨烯加入量的增加,烘干及不同温度热处理后浇注料的致密度、常温强度、高温强度都呈先增大后减小的变化趋势,并且都在加入0.1%(w)的改性多层石墨烯时达到最大。

碳源对Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料性能影响的研究进展

本文综述了沥青、炭黑、焦炭和石墨等常规碳源,表面改性碳以及新型碳源对Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料性能影响的研究概况。沥青在Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料中发挥着重要作用,其加热软化后渗透或挥发、凝结到浇注料的缝隙或气孔中,可以增强颗粒之间的结合,改善高温下液相分布,避免过烧结,显著提高浇注料的抗渣性能。炭黑粒度细小,可充分填充空隙,降低烧后试样的气孔平均孔径,改善高温下抗侵蚀性。炭黑、焦炭和石墨等常规碳源适合作为附加碳源和沥青配合使用,达到互补的效果。表面改性碳中造粒石墨具有较好的应用效果,可大幅提高Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料中鳞片石墨的引入量,显著提高抗渣性能。新型碳源中含碳树脂粉Carbores P配合沥青添加到Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料中可有效提高铁沟服役寿命。

造粒石墨加入量对Al_2O_3-SiC-C质浇注料性能的影响

以粒度为8～5、5～3、3～1mm的电熔棕刚玉，粒度为≤1、0．045mm的电熔致密刚玉，以及粒度为≤1、0．064mm的SiC为主要原料，按骨料与基质料的质量比为71：29，复合加入2％（W）的硅粉和0．4％（w）的B4C为抗氧化剂，以w（C）=35％的造粒石墨为碳源，并改变其加入量，制备了w（c）=0、2％、4％和6％的Al2O3-SiC—C质浇注料。研究造粒石墨加入量对浇注料物理性能、抗氧化性、抗渣性和抗热震性的影响。结果表明：随着造粒石墨加入量的增加，浇注料加水量增加，体积密度和强度降低，抗热震性提高；w（C）=4％时浇注料的抗氧化性最好；造粒石墨加入量的增加有助于提高浇注料的抗渣渗透性，抗侵蚀性也有所改善。

铝酸钙水泥种类对Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

以棕刚玉、碳化硅、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉及不同种类的铝酸钙水泥等为原料,制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料,研究了铝酸钙水泥种类(水泥CA50、CA70、Vical71、Vical21)对浇注料性能的影响。结果表明:引入CA50、CA70、Vical71、Vical21四种铝酸钙水泥的试样,随所含水泥中Al_(2)O_(3)和SiO_(2)总含量的增加,CaO及其他杂质含量的减少,110℃干燥后的显气孔率降低,1450℃热处理后的显气孔率先减小后增大,两条件下体积密度的变化幅度均较小;干燥后的常温强度先减小后增大,热处理后的常温强度、高温抗折强度、抗渣性能均逐渐增大。综合实验室和工业试验结果考虑,选用水泥Vical21,使用效果最好。

热处理制度对Al_2O_3-SiC质低水泥浇注料性能的影响

为了提高水泥分解炉三次风闸板用Al2O3-SiC质低水泥浇注料的性能特别是抗热震性能,研究了不同热处理温度(400、600、800、1000和1200℃)、升温速率(3、4、5、6和7℃·min-1)以及保温时间(2、3、4、5和6h)对Al2O3-SiC质低水泥浇注料性能的影响。结果表明:热处理温度升高,试样的显气孔率先增加后减小,强度增加;升温速率增加,试样中莫来石和钙长石的生成量减少,液相量增加,显气孔率基本呈降低趋势,综合作用使试样的抗热震性能在升温速率大于4℃·min-1时逐渐降低;延长保温时间有利于试样增加内部莫来石和钙长石的生成量,提高试样的抗热震性能。

电熔镁砂加入量对Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔棕刚玉颗粒（粒度为5～3mm、3～1mm，≤1mm）、电熔白刚玉细粉（≤0．088mm）、SiC颗粒（≤1mm）和细粉（≤O．088mm）、电熔镁砂细粉（≤0．088mm）、活性α-Al2O3微粉、SiO2微粉、Si粉和球状沥青为主要原料，以纯铝酸钙水泥为结合剂，配制成电熔镁砂细粉加入量（质量分数）分别为0、3％、6％、9％、12％的出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料，经振动成型、养护、脱模、100℃24h烘干后，分别于1100℃3h、1450℃3h热处理，测定处理后试样的体积密度、显气孔率、烧后线变化率、抗折强度、抗高炉渣侵蚀性和抗氧化性，并分析其物相组成和显微结构。结果表明：随着电熔镁砂加入量的增加，试样的显气孔率提高，体积密度、抗折强度和抗氧化性降低，抗渣性变化不大；1450℃3h处理后试样物相主要由3C—SiC、6H—SiC、刚玉、方镁石以及反应生成的尖晶石和莫来石组成，且随着电熔镁砂加入量的增加，尖晶石和莫来石的生成量也增加；在侵蚀面附近，刚玉颗粒边缘生成了厚度约80μm的尖晶石层。

高炉渣和脱硫渣对Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料的侵蚀研究

采用静态坩埚法进行抗渣(高炉渣和脱硫渣)侵蚀试验,研究了高炉渣和脱硫渣对硅溶胶结合Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料的侵蚀,并借助SEM、EDS、XRD等方法对静态坩埚抗渣试样进行了显微结构、元素分布和物相组成分析。结果表明,CaO、SiO 2和FeO含量相对较高的脱硫渣对静态坩埚抗渣试样的侵蚀能力较强。这是因为CaO、SiO 2和FeO与试样中基质部分的Al_(2)O_(3)发生反应,生成低熔点的化合物,加剧了Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料的侵蚀。

Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料的研究进展

目前我国高炉出铁沟用耐火材料以Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料为主。本文综述了改变Al_(2)O_(3)来源、替换碳源、硅溶胶结合剂替换铝酸盐水泥和添加不同添加剂制备新型Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料的研究进展,针对目前Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料发展提出了几点建议。

低掺量红柱石粉对Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料性能的影响

为了进一步提高Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料的性能,以棕刚玉、碳化硅、沥青、红柱石粉、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉、Si粉、Al粉、Secar 71水泥为原料制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料,研究了低掺量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、5%)红柱石粉(≤0.055 mm)等量替代浇注料中的棕刚玉细粉对浇注料致密度、强度、抗热震性和抗氧化性等的影响。结果表明:随着红柱石粉添加量的增大,烧后试样的显气孔率和体积密度减小,常温抗折强度、高温抗折强度、抗热震性和抗氧化性均增大。

催化剂对Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料显微结构和性能的影响

以球磨法制备La_(2)O_(3)掺杂Ni,并以此为催化剂,以板状刚玉、SiC粉、球状沥青、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉、Al-Si合金粉和铝酸钙水泥为主要原料,制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料试样。研究了催化剂和热处理温度(500、700、900、1100和1450℃分别保温3 h)对试样显微结构和性能的影响。结果表明,球磨后Ni的XRD衍射峰强度明显降低,角度产生偏移,表明La固溶到Ni中,Ni的晶格产生畸变;随着热处理温度升高,添加催化剂的试样中一维相(CNTs和SiC晶须)和二维相(钙铝黄长石)逐渐增多,抗折强度和耐压强度分别达到极大值。因此,添加La_(2)O_(3)掺杂Ni催化剂可以明显增加浇注料中一维和二维增强相的生成量,提高浇注料试样的强度。

晶体硅切割废料对Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

为实现晶体硅切割废料的综合回收利用和提高铁沟浇注料的性能,以刚玉、碳化硅、球型沥青、氧化硅微粉、铝酸钙水泥、商用硅粉、晶体硅切割废料等为原料制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料。用晶体硅切割废料替换原料中的商用硅粉,研究了不同硅废料加入量(0%、0.5%、1%和1.5%,质量分数,下同)对浇注料性能的影响。结果表明:晶体硅切割废料的引入能显著提升浇注料的抗氧化性,明显地改善浇注料的常温力学性能,在加入量为1%时达到最佳,经1450℃热处理后,添加晶体硅切割废料的试样中出现了更多的SiC纤维;晶体硅切割废料的加入使浇注料的初始流动性、体积密度及显气孔率有所降低。该研究为晶体硅切割废料的回收利用及降低铁沟浇注料成本提供了一种可行的方案。

基于Al_(2)O_(3)-SiC浇注料的侵蚀机理谈炉缸结构的选择

对使用2年的炉缸Al_(2)O_(3)-SiC浇注料进行取样分析,阐明了薄壁炭砖加Al_(2)O_(3)-SiC整体浇注陶瓷杯炉缸的侵蚀机理,并探讨了炉缸结构的选择。其侵蚀机理是,气态K在浇注料中扩散生成带有裂纹的白榴石,为铁水和熔渣渗透提供了通道,并形成钙长石相和铁相,不会形成类似于炭砖侵蚀的脆化层,也不会出现局部炭砖过度溶解的“象脚侵蚀”。认为,薄壁炭砖加Al_(2)O_(3)-SiC整体浇注陶瓷杯炉缸结构,可以在新设计的高炉中采用。