MgO-CaO耐火材料性能研究进展

介绍了MgO-CaO耐火材料的特性,总结了提高MgO-CaO耐火材料的抗水化性、烧结性、抗渣性、抗剥落性等的技术措施。提出了MgO-CaO耐火材料的发展方向,即:开发高CaO含量的MgO-CaO耐火材料;进一步开发不烧MgO-CaO耐火材料;开发水泥回转窑用MgO-CaO耐火材料。

添加MgAl_2O_4纳米颗粒对MgO-CaO耐火材料致密化及性能的影响

将不同百分含量的MgAl_2O_4纳米颗粒添加到MgO-CaO耐火材料陶瓷复合材料中,在电炉中于1 650℃烧结并保温3 h获得耐火材料试样。用体积密度、表观气孔率、抗水化性、常温耐压强度、晶相形成和显微结构分析等方法对耐火材料试样进行了表征。结果表明,随着MgAl_2O_4纳米颗粒的加入,试样的体积密度增大。但随着MgAl_2O_4纳米颗粒的加入量达到6%,其表观气孔率和耐压强度分别下降和增加,而进一步添加MgAl_2O_4纳米颗粒,由于热膨胀失配,其结果发生了逆转。另外,加入MgAl_2O_4纳米颗粒可以显著提高试样的抗水化性能,这是由于降低了耐火材料中游离CaO的含量,并通过形成致密的微观结构来促进致密化。

CeO2添加剂对Al2O3-MgO-CaO耐火材料致密化的影响

由于Al2O3-MgO-CaO系耐火材料在烧成过程中存在许多对烧结致密化不利的因素,进而影响其相关性能的使用.为此,在1500~1600℃条件下制备了Al2O3-MgO-CaO复合材料,并研究加入CeO2添加剂对该系耐火材料烧结致密化的影响.实验结果表明:将CeO2添加到Al2O3-MgO-CaO系耐火材料的较优烧成温度为1600℃,当CeO2的添加量(质量分数,下同)分别为4%和6%时,其显气孔率分别降低至3.9%和3.8%,体积密度从未添加时的2.88g/cm^3分别升高至3.62g/cm^3和3.68g/cm^3;同时,通过扫描电镜观察发现添加CeO2后该系耐火材料显微结构致密化程度较高,从而实现其良好的致密化.

MgO-CaO耐火材料抗水化性能研究进展

镁钙系耐火材料是工业生产应用中的一种重要的碱性耐火材料。镁钙系耐火材料在自然条件下容易发生水化反应,严重抑制了镁钙系耐火材料的应用与发展。系统的总结了镁钙系耐火材料特点和镁钙系耐火材料的水化机理,利用热力学计算进一步说明镁钙系耐火材料发生水化反应机理。从表面处理法、烧结法及添加剂法三个方面说明目前镁钙系耐火材料抗水化性研究现状、存在问题及发展趋势,旨在为今后镁钙系耐火材料发展提供指导。

耐火材料热化学反应典型应用技术发展

高温工业的发展,与耐火材料的发展密切相关,其技术进步无一例外地都依赖于优质耐火材料的研发。耐火材料在制备及应用过程中,都和热化学反应息息相关。本文首先简要介绍了耐火材料的发展历程,其次以二氧化硅质、莫来石质耐火材料为例,介绍了上述耐火材料制备中的热化学反应过程;以莫来石-碳化硅、方镁石-尖晶石、镁碳质耐火材料为例,介绍了上述耐火材料在服役过程中的热化学侵蚀反应行为,并给出了热化学模拟在耐火材料与熔渣/气相反应中的应用情况;以氧化铝-碳质过滤器为例,介绍了其应用过程中的吸附夹杂机理。最后介绍了常用的耐火材料煅烧设备。

氧化铝耐火材料制备中热应力有限元分析

氧化铝耐火材料在制备过程中所产生的裂纹等轻微损伤,是潜在的安全风险。为提高材料的使用性能,研究了在烧成过程中模型尺寸、热处理温度、升温速率、降温速率以及气孔率等因素对氧化铝耐火材料裂纹产生的影响。结果表明:在模型尺寸增大时,对应的最大热应力值也随之增大,产生裂纹的风险也越大;最大热应力峰值出现在1200~1600℃温度区间内;只改变1000~1350℃温度区间内的升温速率时,升温速率越大对应的最大热应力值越大;窑炉从1600℃降到室温时,降温初期最大热应力值迅速增大,且降温速率越大对应的最大热应力值越大;对于气孔率分别为5%、7%和10%的氧化铝砖坯,在相同的烧成条件下,气孔率10%砖坯的最大热应力值于1200℃、1300℃、1400℃及1500℃均最小,因此气孔率为10%比5%和7%更有利于降低烧成过程中裂纹产生的风险。

莫来石复合耐火材料的应用进展

莫来石具有较高的熔点,较大的硬度,良好的抗热震性、抗侵蚀性、高温力学性能等。莫来石原料多通过烧结法和电熔法合成。综述了以莫来石为原料制备的莫来石复合耐火材料在陶瓷、冶金、航天、军工、水泥、玻璃等领域的研究与应用进展,指出了莫来石在耐火材料应用中的发展趋势。

氢冶金用耐火材料体系综述与展望

为实现国家“碳达峰、碳中和”的目标,采用氢部分或完全取代化石能源作为铁矿石的还原剂是未来钢铁行业的发展方向,但不可忽视的是,与之配套的耐火材料的研究与开发已经明显滞后。本文基于前人的研究,对氧化物和非氧化物耐火材料在氢气中的反应进行综合论述,对氢冶金用耐火材料的相关问题进行了总结归纳,最后,对钢铁行业推广氢冶金技术用耐火材料进行了展望。

FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用

商用热力学计算软件FactSage在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛。本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,分析了各种模型的原理、特点、适用情景、精确度与局限性,并给出了详细的运用实例。此外,本文介绍了热力学计算与其他方法相结合运用的实例,包含ANSYS、动力学分析、分子动力学模拟等方法,规避热力学计算的局限性,更加全面地分析熔渣对耐火材料的侵蚀行为。最后,本文对热力学计算存在的问题进行了归纳,并基于现有研究现状对其发展前景与方向进行了展望。

采用沉淀−煅烧法回收盐湖卤水中镁资源制备镁橄榄石耐火材料

通过沉淀−煅烧法研究盐湖锂镁分离和镁资源制备高附加值的镁橄榄石耐火材料。采用Na_(2)SiO_(3)和NaOH组合沉淀剂将盐湖卤水中的锂、镁离子沉淀分离,获得不同MgO/SiO2摩尔比的镁沉淀物。镁沉淀物主要由无定形硅酸镁和氢氧化镁堆积而成,在1400℃条件下的质量残留率均在62%以上。高温烧结实验表明,在Mg/Na_(2)SiO_(3)/NaOH的摩尔比为1:0.6:0.8、烧结温度为1350℃、时间为210 min的条件下,镁沉淀物可制备成性能优良的耐火材料,其耐火度在1800℃以上,抗压强度为190.73 MPa,体积密度为2.53 g/cm^(3),显气孔率为5.94%。所制备的耐火材料主要为镁橄榄石相,含有少量的顽火辉石相。

气孔结构参数对氧化镁耐火材料热冲击过程的影响

以氧化镁耐火材料为对象,研究了耐火材料热冲击过程中气孔结构参数对其温度分布以及热应力分布的影响。基于热弹性理论和有限元方法,建立了二维热冲击有限元模型和不同气孔模型,分析了耐火材料的损毁机理。数值模拟实验结果表明,耐火材料在热冲击过程下不断受到热应力的作用,最大热应力会在热冲击初始阶段产生,材料的危险部位位于靠近材料上表面的气孔边缘处。在其他条件不变时,随着温度的升高,氧化镁耐火材料受到的热应力增大;热应力随着材料的气孔率增大而减小;热应力随气孔位置与耐火材料表面距离的减小而增大。该研究结果可为耐火材料的设计和热处理设备运行参数控制提供依据。

炼铜用耐火材料研究进展

炼铜工艺的稳定顺行离不开耐火材料的有力支撑。本文概述了炼铜工艺及其所需的耐火材料,说明了炼铜炉不同部位耐火材料的主要类型、性能特点和制备工艺,重点介绍了炼铜过程中常用镁铬质耐火材料、镁铝质耐火材料和其他新型耐火材料。随着材料科学的不断发展和环保要求的不断提高,研究者针对镁铬质耐火材料的性能优化和带来的环境问题、镁铝质耐火材料的材料特性和渣蚀问题,以及其他新型耐火材料的性能调控问题等开展了系统研究,为炼铜工艺技术的不断优化提供了有力支持。尽管炼铜用耐火材料在服役性能方面的研究已取得显著进展,但仍面临应用成本高、对环境不够友好、新材料制备与开发困难等问题。基于此,提出下一步耐火材料性能提升和节能环保的研究方向。

氢冶金工艺及氢基竖炉用耐火材料研究进展

在倡导节能减排的双碳目标背景下,钢铁行业氢冶金相关工艺技术正不断进步。随着氢还原竖炉冶炼工艺的发展和推广,对于氢基竖炉用耐火材料的性能提出了新的要求,相关研究受到了广泛关注。综述了氢冶金相关原理及工艺技术的研究发展现状,介绍了H2气氛下耐火材料的服役行为和氢基竖炉用耐火材料的研究进展,展望了氢基竖炉用耐火材料的研究趋势和未来发展方向。

试论冶金矿产工业耐火材料技术发展趋势

耐火材料作为冶金矿产工业的关键技术,持续演进以满足高效且环保的制造需求。随着工业技术迅猛发展,新材料的创新与传统材料的改良同步提升了材料性能,极大增强了冶金生产的效率和安全性。本文深入探讨了耐火材料技术的革新,尤其是材料纯度提高、复合材料开发,及其在高温应用中的效能,揭示了这些进展对冶金工业未来的深远影响,并预测了未来技术趋势。

垃圾焚烧锅炉一通道耐火材料采取浇注料与挂砖方式的对比研究

为了加强垃圾焚烧余热锅炉辐射受热面吸热能力,降低水平烟道入口烟温,分析了一烟道耐火材料采用挂砖方式的可行性。目前一烟道耐火材料采用浇注料方式,存在导热性能不足和抗氧化性能弱等问题,无法适应垃圾高热值变化。以单条线处理规模750 t/d、设计低位热值8372 kJ/kg的生活垃圾焚烧余热锅炉为计算对象,对比两种方式在材质检验、换热效果、经济效益等方面的差别。计算结果表明:采取挂砖方式,受热面总的传热系数是浇注料的1.3~1.67倍,从而锅炉最大连续出力工况下,一烟道出口烟温可降低32℃,同时烟气停留时间满足850℃、2 s环保监测要求。

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。

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。

粉煤灰基耐火材料的制备及性能研究

将粉煤灰、煤矸石、铝灰按一定比例制备了粉煤灰基耐火材料,研究了m_(粉煤灰)∶m_(煤矸石)∶m_(铝灰)和烧结温度(800、1000、1200℃)对粉煤灰基耐火材料力学性能和耐火性能的影响,并进行了微观形貌分析。结果表明:随着烧结温度的升高,试样的显气孔率、体积变化率减小,体积密度、耐压强度、抗折强度和耐火度增大;当m_(粉煤灰)∶m_(煤矸石)∶m_(铝灰)=7∶1∶2时,试样的力学性能和耐火性能均最好;适当提高烧结温度和增加铝灰掺量均有助于提高试样的微观结构密实度。

直流电场下保护渣对氧化锆—碳耐火材料的侵蚀

采用旋转搅拌法,在外加直流电场作用下进行了结晶器保护渣与水口渣线氧化锆—碳耐火材料的侵蚀试验,并研究直流电压(0、5、10 V)对保护渣与水口渣线材料界面行为的影响。结果表明,随着外加电压的增大,保护渣在水口耐火材料表面的附着量逐渐增加,保护渣的附着厚度在0、5、10 V时分别为2、3、7 mm。微观结构表明保护渣与水口材料界面存在的电场可以显著改变固—液两相间的润湿性,从而为熔渣向水口扩散、传质和渗透行为提供良好的动力学条件,且大电压下(10 V)的电场作用会加剧保护渣对材料的侵蚀。

基于细观力学的多相耐火材料压缩状态损伤表征

针对多相复合耐火材料压缩状态下的非线性力学行为,在细观损伤力学的基础上,对改进的广义自洽模型进行逆向求解,研究多相耐火材料受到压缩载荷时的损伤行为,提出一种能表征多相耐火材料在压缩载荷下非线性损伤行为的方法。以AMC(aluminum-magnesium-carbon)多相耐火材料为例,利用该方法对其在受压状态下的力学行为进行表征。结果显示,表征结果和实验值吻合较好,为多相复合耐火材料的损伤表征提供了一种思路和理论基础。