Al_(2)O_(3)-SiC-C质炮泥侵蚀过程热力学计算及抗渣性分析

炮泥抗侵蚀性能不足会导致高炉出铁时间过短或炉前喷溅等问题,而炮泥所处不可视的“黑盒子”类服役环境,使得炮泥的侵蚀过程难以剖析。针对目前炮泥侵蚀过程模糊的问题,采用FactSage热力学软件计算了1450℃时熔渣对Al_(2)O_(3)-SiC-C质炮泥的侵蚀过程,并利用动态抗渣试验分析了熔渣对其侵蚀不同时间后(侵蚀时间分别为0、8、16、24和32 min)的侵蚀情况。结果表明:在渣对炮泥的侵蚀过程中首先形成钙长石侵蚀物相,继而在Al_(2)O_(3)饱和的液相析出Al_(2)O_(3),形成Al_(2)O_(3)隔离层,进一步侵蚀后炮泥和渣在侵蚀界面形成钙铝黄长石,最终形成的侵蚀物相均会完全向液相溶解;抗渣试验结果与热力学计算结果相符,渣对炮泥的侵蚀中生成的液相和低熔点物相降低了炮泥试样的临界强度,从而导致侵蚀速率加快,侵蚀时间为32 min时,炮泥试样被渣完全侵蚀破坏。

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)。

TiO_(2)添加量对Al_(2)O_(3)-SiC-C质炮泥性能的影响

为了提高Al_(2)O_(3)-SiC-C质炮泥的性能,研究了TiO_(2)添加量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%)对Al_(2)O_(3)-SiC-C质炮泥热处理后烧后线变化、致密度、常温强度、抗氧化性和抗渣性等性能的影响。结果表明:1)在1 100℃保温3 h热处理后,试样均发生收缩,其线收缩率随TiO_(2)的增多而增大;试样的致密度和常温强度也均随TiO_(2)的增多而增大。2)在1 450℃保温3 h热处理后,由于试样中莫来石的生成伴随体积膨胀,试样均发生膨胀,其线膨胀率随TiO_(2)的增多而增大;试样的致密度随TiO_(2)的增多而减小;试样的常温强度随TiO_(2)的增多呈先增大后减小的变化趋势,在TiO_(2)添加量为3%(w)时达到最大。3)添加TiO_(2)后,炮泥的抗氧化性和抗渣侵蚀性均略有改善。

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。

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。

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。

多羟基糖类结合剂对Al_(2)O_(3)-SiC-C质无水炮泥性能的影响

为减少炮泥的污染,开发环境友好型炮泥,采用棕刚玉、SiC、焦炭、绢云母、蓝晶石、黏土、Si_(3)N_(4)-Fe粉等为主要原料,NS-FH为复合烧结助剂,分别以环保无污染的多羟基糖类葡萄糖和蔗糖为结合剂,制备Al_(2)O_(3)-SiC-C质无水炮泥。研究了葡萄糖或蔗糖溶液的外加量(加入质量分数分别为0、8%、9%、10%、11%、12%、13%)对该炮泥性能的影响。结果表明:以多羟基糖类葡萄糖或蔗糖为结合剂,可制得综合性能较好的Al_(2)O_(3)-SiC-C质无水炮泥;外加12%(w)的蔗糖溶液时,无水炮泥的性能最佳,其马夏值为1.14 MPa,1350℃埋石墨烧后的线收缩率、体积密度和显气孔率分别为0.72%、2.41 g·cm^(-3)和24.4%,常温耐压强度和高温抗折强度(1400℃埋碳并保温30 min)分别为40.1和12.1 MPa。