掺杂CaO对BaZrO3耐火材料组织及其与富钛合金界面反应的影响

以BaCO3、ZrO2和CaO粉末为原料,在1 400℃下固相合成CaO掺杂BaZrO3粉末,再采用冷等静压结合固相烧结(1 750℃×6h)技术制备CaO掺杂BaZrO3陶瓷片。利用真空感应熔炼技术,在陶瓷片上熔化富钛合金Ti3Ni。研究了不同CaO掺杂量对BaZrO3陶瓷片的组织结构及其与富钛合金Ti3Ni界面反应的影响。结果表明:部分CaO固溶进BaZrO3晶格形成Ba1-xCaxZrO3,剩余CaO均匀分布于Ba1-xCaxZrO3基体;CaO掺杂量的增加使Ba1-xCaxZrO3基体粒径与CaO粒径增大。当CaO掺杂量(摩尔分数)达到15%时,Ti3Ni熔体对陶瓷片的侵蚀层厚度约为32μm;当CaO掺杂量为20%时,侵蚀层约厚11μm。CaO掺杂改变了BaZrO3的晶体结构,并提高了BaZrO3耐火材料的热力学稳定性,有利于BaZrO3耐火材料在活泼金属熔炼领域的应用。

三种莫来石对耐火材料抗Na_(2)CO_(3)熔体侵蚀性能的影响

化工废液中K^(+)、Na^(+)等碱离子的渗透及侵蚀是造成耐火材料损毁的主要原因,有效抑制碱液渗透有助于提高热处理设备的使用寿命,而单纯降低气孔率会恶化其热震稳定性。本文研究了Na_(2)CO_(3)熔体对莫来石质耐火材料的润湿、侵蚀及渗透过程,从润湿性的角度探讨不同耐火材料抗碱液渗透的差异。分别以高纯烧结莫来石、电熔莫来石和普通烧结莫来石三种莫来石和红柱石、黏土为原料,通过机压成型、高温烧成制备莫来石质耐火材料。以Na_(2)CO_(3)为碱蚀熔剂,利用静态坩埚法在900℃下进行碱蚀试验,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜等测试方法,对碱蚀前后的坩埚试样进行物相组成及显微结构分析,研究碱熔剂对不同基体的润湿性。结果表明,所有莫来石质耐火材料试样均未发生破坏,表现出较优的抗侵蚀性。各组试样抗Na_(2)CO_(3)熔体渗透的能力不同,高纯烧结莫来石制备的试样具有最优的抗侵蚀和抗渗透能力,而电熔莫来石和普通烧结莫来石试样的抗渗透能力较差,这与Na_(2)CO_(3)熔体对它们的润湿难易程度有关。本试验从高温润湿性角度分析了不同耐火材料之间的抗碱蚀能力差异,为研究和生产具有优良抗侵蚀性能的铝硅系耐火材料提供了新的思路和理论依据。

预合成CaZrO_(3)对镁锆质耐火材料性能的影响

为提高镁锆材料的性能,首先以碳酸钙、脱硅锆和CeO_(2)为原料,制备不同CeO_(2)外加量(加入质量分数分别为0、1%和2%)的≤0.074 mm的预合成CaZrO_(3)粉,然后分别将其与3~1、1~0.074和≤0.074 mm的电熔镁砂混匀,在250 MPa压力下压制为圆柱试样和长条试样,于1600℃保温3 h热处理制备了镁锆质耐火材料。研究了预合成CaZrO_(3)粉加入量(质量分数分别为10%、15%和20%)对材料性能的影响。结果表明:1)一定量的CeO_(2)与ZrO_(2)形成固溶体,使ZrO_(2)在室温下以t-ZrO_(2)形式存在,稳定了ZrO_(2)的晶型,促进了CaZrO_(3)的生成。2)CeO_(2)促进烧结,有利于致密化;CaZrO_(3)、ZrO_(2)与方镁石之间的热膨胀系数差产生的微裂纹增韧提高了抗热震性;材料与RH炉渣生成的复合尖晶石和CaZrO_(3),堵塞气孔,提高了抗渣性。3)当外加1%(w)CeO_(2)预合成CaZrO_(3),且预合成CaZrO_(3)加入量为20%(w)时,试样性能最佳。

BaZrO_3耐火材料在富钛熔体中的侵蚀机理

使用BaZrO_3坩锅结合真空感应加热技术熔炼钛含量66%(摩尔分数)的富钛合金,通过宏观显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜及电子耦合仪分析BaZrO_3坩锅与熔体接触后的显微组织及其组成元素(Ba,Zr和O)在合金中的熔解量;研究BaZrO_3坩锅剥落损毁及与钛熔体界面反应机理。结果显示:BaZrO_3坩锅受熔体侵蚀层厚度约2000μm,合金中锆和氧含量随着熔体与坩埚接触时间增加而增加。界面反应产物BaO与空气中水分和CO_2反应生成BaCO_3,晶体体积变化破坏晶粒间结合力,导致坩埚剥落损毁。富钛熔体对BaZrO_3耐火材料的溶解侵蚀是坩埚受损的主要原因。

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。

BaZrO_3耐火材料与TiAl合金熔体的界面反应

以自合成的BaZrO3粉体为材料制备成坩埚,在真空条件下熔炼了TiAl合金,并对熔炼后合金的显微组织及合金与BaZrO3耐火材料的界面反应情况进行研究。结果表明:熔炼后合金的显微组织由大量不同取向的片层状α2+γ和少量条块状的γ相组成;合金熔体对BaZrO3耐火材料的润湿性较差,熔炼后未观察到界面反应层的存在;BaZrO3对合金熔体具有良好的化学惰性,是极具潜力的TiAl合金熔炼用耐火材料。

BaZrO_3耐火材料与TiM(M=Fe,Ni)熔体的界面反应

以TiO2作为助熔剂,采用等静压成型技术配合固相烧结技术制备了BaZrO3坩埚,并用制备的BaZrO3坩埚采用真空感应熔炼技术进行了TiM(M=Fe,Ni)熔炼试验。通过对熔炼后的合金铸锭与坩埚的界面区域进行的宏观分析、SEM微观形貌观察、EDS分析,发现熔体对坩埚不造成侵蚀,坩埚材料也不污染熔体,熔体与坩埚内壁之间无明显反应层存在。这将给BaZrO3耐火材料用作坩埚材料的TiFe和TiNi合金的真空感应熔炼工艺提供理论支持。

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。

纳米Fe_2O_3对镁铬耐火材料烧结及力学性能的影响

在镁铬耐火材料中添加纳米Fe_2O_3,研究了它对镁铬耐火材料烧结性能与常温力学性能的影响。结果发现,在相同的工艺条件下,加入1％(外加)的纳米Fe_2O_3即可使镁铬砖的烧成温度降低150℃左右,并在相同烧成温度下能使试样的常温抗折强度和耐压强度大幅度提高。分析认为,在镁铬耐火材料中添加少量纳米级Fe_2O_3,可促进MgO-FeO固溶体中Cr^(3+)和Al^(3+)含量的提高,增强镁铬砖的直接结合程度,从而提高其力学性能。

热风炉长寿与低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料的探究

回顾了中国热风炉用低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料研发的历程。通过对比矾土基低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料与莫来石基低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料的实际使用结果认为,要实现热风炉长寿命,对于热风炉用耐火材料而言,除了要求其具有优异的抗蠕变性能外,还应具有优良的抗热震性、抗CO和碱蒸气侵蚀等综合性能。针对中国资源综合利用的现状和可持续发展战略要求,建议使用红柱石或莫来石基原料制备Al2O3-SiO2系低蠕变系列耐火材料;即通过对原料进行分级,实现天然Al2O3-SiO2系原料(主要是红柱石)和人工合成Al2O3-SiO2系原料资源的综合利用,优化材料的矿物组成,制备以莫来石为主晶相结构,Al2O3质量分数低于75%的莫来石基低蠕变系列制品,并结合性价比进行优化配置,真正实现热风炉的长寿化,应该是今后长寿型热风炉用Al2O3-SiO2系耐火材料研发的重点。

CaZrO_3的性质及其在耐火材料中的应用

CaZrO 3 containing the highest content of CaO in system CaO ZrO 2 is a potential refractory material, which has been applied in anti Al 2O 3 clogging submerged nozzle for steel continuous casting.Thermodynamic analyses and experiment results show that at high temperature CaZrO 3 ZrB 2 system is stable, but extreme reactions will occur between CaZrO 3 and SiC mixtures while firing.

Ti-Si-Fe合金添加量对Si_(3)N_(4)结合SiC材料结构与性能的影响

为促进Si_(3)N_(4)结合SiC耐火材料的致密化,降低Si粉氮化温度,以SiC颗粒和细粉、Si粉为主要原料,利用从高钛型高炉渣提取的Ti-Si-Fe合金部分取代Si粉,在埋碳气氛下于1350℃反应烧结5 h,制备了Si_(3)N_(4)结合SiC耐火材料。研究了Ti-Si-Fe合金添加量(加入质量分数分别为0、1.8%、3.6%、5.4%、7.2%)对Si粉的氮化行为、材料力学性能和显微结构的影响,并探讨了氮化反应烧结机制。结果表明:1)随着Ti-Si-Fe合金添加量的增加,材料的常温力学性能和高温抗折强度明显改善,荷重软化温度均超过1700℃,Ti-Si-Fe合金添加量超过3.6%(w)后材料性能的增幅变缓;2)Ti-Si-Fe合金促进了Si粉在较低温度下的完全氮化和材料的反应烧结,Ti-Si-Fe合金中各物相及Si粉氮化反应的体积增加能够充填气孔,氮化产物改善骨料与基质、基质内部的结合状态,从而提高材料的致密化程度,改善力学性能;3)引入Ti-Si-Fe合金后,反应体系中形成了富含Ti、Si、N、Fe成分的液相,氮化物的形成除传统的VS、VLS机制外,溶解-沉淀机制在短柱状β-Si_(3)N_(4)、粒状TiN的形成中起到主导作用,交错连结的α-Si_(3)N_(4)晶须、短柱状β-Si_(3)N_(4)、粒状TiN对材料的力学性能起到增强作用。

Al_2O_3-C耐火材料对超低碳钢的增碳作用

在空气中利用中频感应炉加热,研究了以Si 为抗氧化剂的Al2O3-C耐火材料对超低碳钢的增碳 作用。利用高频燃烧红外吸收法测定钢样中的碳含 量,并对用后耐火材料进行了SEM和EDS分析。研 究结果表明:钢熔化后,炭的直接溶解机制造成钢水 中碳含量迅速增加;随着保温时间的增加,“渗透- 溶解”机制对钢水增碳占主导作用;同时,耐火材料 与钢水接触部位生成反应脱炭层,反应脱炭层隔离了 钢水与耐火材料的直接接触,进而减缓并停止耐火材 料对钢水的增碳作用;空气中的氧通过渣向钢水中传 递,氧和钢水中的碳发生反应对钢水产生脱炭作用, 同时,碳氧平衡决定了在钢水的碳含量很低时,脱炭 反应接近于平衡状态,钢水中的碳含量趋于平衡。

Cr2O3催化氮化制备Si3N4/SiC耐火材料及其性能

以SiC粉和硅粉为原料,原位合成的Cr_2O_3为催化剂,采用催化氮化法制备了Si_3N_4/SiC耐火材料,研究了催化剂用量及氮化温度对耐火材料物相组成、微观形貌、物理性能和力学性能的影响。结果表明:当氮化温度为1 673K,Cr_2O_3含量(与硅粉质量之比,下同)为3%时,硅粉完全氮化,耐火材料主要由颗粒状SiC和晶须状α-Si_3N_4、β-Si_3N_4等组成;随着Cr_2O_3含量的增加,Si_3N_4晶须的数量增多,长度增大,耐火材料变得致密;随氮化温度的升高,耐火材料的抗折强度和耐压强度均增大,当氮化温度为1 673K、Cr_2O_3含量为3%时,抗折强度和耐压强度均最大,分别为34MPa和132MPa。

Al_2O_3-C耐火材料抗氧化性研究进展

综述了目前改善Al2O3-C耐火材料抗氧化性的三种方法:添加抗氧化剂法、浸渍氧化抑制剂法和表面涂层法;分析了常用抗氧化添加剂在Al2O3-C耐火材料中作用机理,展望了提高Al2O3-C耐火材料抗氧化性的研究方向.

水泥窑用MgO-MgAl_2O_4-ZrO_2-La_2O_3复合耐火材料的研究

根据耐火材料和水泥熟料的反应机理,找到一种既可阻止窑皮中C2S相变,又不损害镁铝质耐火材料的高温性能的添加物,开发了一种基于MgO-MgAl2O4-ZrO2-La2O3体系的新型复合耐火材料。该材料具有优异的耐火性能、抗热震性能、挂窑皮性能、抗侵蚀性能和较高的机械强度,是一种替代镁铬砖的理想材料,适用于水泥窑烧成带。

镁铝钛耐火材料的Al2O3含量与其性能的关系

分别以79．3％～85．3％（质量分数，下同）的电熔镁砂、10％的电熔尖晶石、电熔白刚玉（2．5％-8．5％）和钛白粉（2．2％和5．5％）为原料制备了2组镁铝钛试样，研究了镁铝钛材料中Al2O3含量（分别约为7％、10％和13％）对其烧结、抗热震性以及抗炉外精炼渣侵蚀性的影响，并借助SEM、EDS分析了侵蚀后试样的显微结构。结果表明：随着镁铝钛试样中Al2O3含量的增加，试样更易烧结，烧后显气孔率降低，体积密度升高，抗渣性能提高；Al2O3含量的增加，使试样中的尖晶石数量增多，而尖晶石和方镁石热膨胀系数的差异形成的微裂纹，使试样的耐压强度降低，抗热震性提高；显微结构分析显示，随着Al2O3含量的增加，试样中析出的晶间尖晶石增多，有助于提高试样中的固-固结合率，从而增强其抗侵蚀能力。

含Al_2O_3和CaF_2炉外精炼渣在镁白云石耐火材料中的渗透

用旋转圆柱体法研究了含Al_2O_3和CaF_2炉外精炼渣在镁白云石耐火材料中的等温渗透。炉渣渗入量随渣中Al_2O_3含量增加而增加;随渣中CaF_2含量增加而降低,随砖中MgO含量增加而增加;镁白云石耐火材料中,炉外精炼渣渗透可用L=F/η^(1/2)·[CaO]^(-3)来预测其规律。

Al_2O_3-SiO_2系低蠕变耐火材料的研究现状和进展

对典型蠕变曲线的特征 ,蠕变理论以及影响耐火材料蠕变变形的因素等作了综述。根据Al2 O3 -SiO2 系耐火材料蠕变性能研究的现状和进展 ,分析指出 ,在Al2 O3 -SiO2 系耐火材料中 ,高铝 (Al2 O3 ≥ 70 % )低蠕变制品的生产技术目前是比较成熟的 ,而对于低铝 (Al2 O3 ≤ 5 0 % )低蠕变制品的研制和生产 ,还需要采取一定的技术措施。