TiO_2对无水泥铝镁浇注料中形成原位尖晶石影响

含尖晶石的耐火材料广泛应用于冶金行业。本文研究了富镁尖晶石细粉加入量对镁铝浇注料显气孔率、抗折强度和抗渣性能的影响。通过对不同温度处理后试样的性能检测和试样抗渣性能的研究发现,镁铝浇注料中富镁尖晶石细粉的加入量有一个较佳的范围,在这个范围内,浇注料的相关性能较好。

针对镁质浇注料在使用过程中抗渣渗透能力差,易剥落等问题,本实验加入铝镁尖晶石对镁质浇注料进行改性研究。实验分为两部分:先将镁砂细粉、镁质添加剂和铝镁尖晶石细粉等机压成型,进行高温热处理,研究其物相组成和显微结构;然后以电熔镁砂为骨料,电熔镁砂细粉、氧化铝微粉、铝镁尖晶石细粉和镁质添加剂为基质,按骨料:细粉=75∶25进行配制,研究铝镁尖晶石加入量对镁质浇注料性能的影响。结果表明:在镁质材料中引入尖晶石,能促进结构致密化;加入9%的铝镁尖晶石的浇注料试样显气孔率低,线变化率小,体积密度大,强度大,抗渣性能最好,由于镁铝尖晶石生成时体积膨胀,使得材料结构致密化;同时能有效吸收渣中cao及feox等成分,减少渣的渗透作用,从而提高了浇注料的抗渣性能。

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉、电熔尖晶石、al2o3微粉和纯铝酸钙水泥为基质,研究了纯铝酸钙水泥加入量对刚玉-尖晶石浇注料抗侵蚀性能的影响.结果表明:纯铝酸钙水泥加入量为4%时,浇注料的侵蚀、渗透指数最大,抗渣侵蚀性能最差;水泥含量≥6%时抗渣侵蚀、渗透指数明显下降,抗渣性逐渐改善.水泥加入量影响浇注料的抗侵蚀性能主要与基质中的物相组成和显微结构有关.随水泥加入量的增加,水泥中的cao与al2o3反应形成六铝酸钙,基质中刚玉的含量减少;渣中的cao与刚玉颗粒反应形成六铝酸钙,产生体积膨胀堵塞气孔,抑制了渣的渗透,使得抗渣侵蚀性能得到改善.

首先研究了单一和复合促凝剂对纯铝酸钙水泥凝结和硬化速率的影响,在此基础上,研究了复合促凝剂中naoh与naalo2的质量比对该水泥质量分数为4%的刚玉-尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:li2co3和lioh对水泥的促凝作用比naalo2和naoh更显著,且促凝剂的添加量越多,水泥凝结所需时间越短;不同naoh与naalo2质量比的复合促凝剂均能使水泥的凝结和硬化速率加快,但促凝剂中na+的引入使浇注料的抗弯强度、抗压强度、热震稳定性降低,而体积密度、显气孔率、抗渣蚀性能变化不大。

研究了添加不同含量ma尖晶石(0、5%、8%、12%)对镁质浇注料性能的影响。结果表明:(1)随着ma尖晶石含量的增加,试样常温抗折、耐压强度降低,而经1550℃3h和1100℃3h热处理后强度呈先增加后下降的变化规律;(2)当ma尖晶石添加量为8%时,试样经1550℃3h和1100℃3h热处理后强度均达到最佳值,两者强度比接近于1;1400℃0.5h热处理条件下高温抗折强度也达到最佳值,可判断材料具有较好的抗剥落性和热震稳定性;(3)添加的ma尖晶石作为晶核,促进基质中"αal2o3微粉与mgo反应形成原位尖晶石,促进烧结,强化基质,有利于增强试样的强度。

研究了预先合成的尖晶石对水泥含量低的高铝耐火浇注料性能的影响。

用不同粒度的电熔刚玉（70％）和高温烧结镁砂（30％）合成al2o3-mgo尖晶石浇注料。铝酸钙水泥（75％al2o3）用作浇注料结合剂。通过测量体积密度、体积收缩率、显气孔率、比重等参数及扫描电镜和衍射分析，评价了存有tio2时，此类浇注料的致密化特征。可以观察到，tio2对这些试样的致密化行为有积极作用。

在保持mgo化学成分总量不变的前提下,研究了镁砂细粉、sio2含量对al2o3-尖晶石浇注料性能的影响。结果发现:适量的镁砂细粉和sio2微粉能提高浇注料强度,降低显气孔率,提高抗渣渗透性

以轻质刚玉-尖晶石陶瓷颗粒为骨料,以白刚玉细粉、90尖晶石细粉、镁砂细粉、α-al2o3微粉、sio2微粉为基质料,在固定镁砂细粉和白刚玉细粉的总质量分数为17.5%的情况下,改变镁砂细粉的质量分数(分别为0、3.5%、6.5%、9.5%和12.5%),制备成5种轻骨料刚玉-尖晶石浇注料试样,经110、1100和1600℃热处理后,检测试样的常温物理性能,并分析试样的相组成和显微结构。结果表明:1)随着镁砂细粉加入量的增加,不同温度热处理后试样的显气孔率和体积密度的变化均不大;110℃热处理后试样的强度有增大的趋势,而1100和1600℃热处理后试样的强度则有减小的趋势;1100℃烧后试样的线膨胀率有增大的趋势,而1600℃烧后线膨胀率显著增大;试样基质的显微结构变疏松,平均孔径和孔隙率增大。2)当镁砂细粉加入量(w)为3.5%和6.5%时,试样的抗渣渗透性相对较强,而抗渣侵蚀性相对较差;当镁砂细粉加入量(w)增加到9.5%和12.5%时,试样的抗渣侵蚀性显著提高,而抗渣渗透性显著下降。

研究了尖晶石粒度对铝铬刚玉浇注料体积密度、显气孔率、抗折强度、耐压强度、热抗折强度、抗渣和抗热震性的影响。实验表明:(1)尖晶石粒度越细,试样烧后高温强度越高。(2)尖晶石粒度越细,热抗折强度越高。(3)尖晶石粒度越细,抗热震性先增加后降低,加入尖晶石200目,抗热震性能最好。(4)尖晶石粒度越细,抗渣性能增强,100目、200目、325目区别不大。

通过使用两种不同的含氧化钙高铝水泥,对预合成和原位尖晶石高铝浇注料进行了研究.通过传统工艺,采用0.29的分配系数在110℃、900℃和1500℃下进行热处理,对浇注料的组成做了研究.试验发现了原位尖晶石组成的试样密度和强度值略有下降,浇注料在约900℃时开始形成尖晶石,接近1500℃时尖晶石形成结束.

以优质白刚玉、高纯富铝尖晶石和α-al2o3微粉(d50为4.596μm和2.148μm)为主要原料制备了刚玉-尖晶石浇注料,研究了α-al2o3微粉加入量(质量分数分别为8%、12%和16%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响。结果表明:1)随α-al2o3微粉加入量增加,浇注料基质的流动性能提高;α-al2o3微粉粒度较细时基质的流动性较好,而α-al2o3微粉较粗时基质的流动性变差。2)增加α-al2o3微粉加入量,刚玉-尖晶石浇注料的密度增加,强度明显提高,抗渣侵蚀性和抗渣渗透性明显改善,但α-al2o3微粉加入过多时其抗热震性变差。α-al2o3微粉的合适加入量为12%。3)与钢包渣相比,lf渣对刚玉-尖晶石浇注料的侵蚀性较大。4)采用优质电熔白刚玉、电熔尖晶石和α-al2o3微粉,能够生产出性能优良的刚玉-尖晶石浇注料。

研究了mgo细粉的加入对al2o3尖晶石系浇注料性能的影响。在110℃×24h烘干,1500℃×3h烧成制度下,通过改变基质中mgo细粉的加入量,对材料物理性能和力学性能进行测试。结果表明:3%～5%mgo细粉的加入能显著改善al2o3尖晶石系浇注料的综合烧结性能如:显气孔率15%～17%;体积密度301～303g/cm3,;耐压强度和抗折强度分别高达104～115mpa和125～145mpa;当mgo细粉的加入量大于5%时,由于材料线变化率和显气孔率的过度增大,引起材料结构的松散,导致材料强度的降低和抗渣性能的下降如:显气孔率大于20%;体积密度小于290g/cm3,;耐压强度和抗折强度则分别小于100mpa和11mpa。

以电熔白刚玉、电熔镁铝尖晶石、氧化铝微粉、白云石微粉以及铝酸钙水泥为主要原料,研究了白云石微粉加入量(质量分数分别为0、1.5%和3%)对刚玉-尖晶石质浇注料物理性能的影响。结果表明:加入1.5%白云石微粉对浇注料的线变化率影响不大,并能够明显提高浇注料800～1100℃烧后的冷、热态抗折强度,对1400℃烧后的冷、热态抗折强度影响不大,但1600℃烧后冷、热态抗折强度降低。加入3.0%的白云石微粉使各试验温度烧后浇注料的线变化率增大且不利于浇注料强度的提高。与1400℃烧后相比,1600℃烧后所有试样冷、热态强度均有所降低,而且随白云石微粉加入量的增加降低幅度增大。白云石微粉的加入能够明显提高刚玉-尖晶石质浇注料的强度保持率,但试样热震前后的抗折强度均明显降低。

对以镁铝尖晶石为主要原料，以氧化镁微粉-硅灰-氧化铝微粉-水作为结合剂研制的镁铝尖晶石一堇青石浇注料ma及其优化浇注料ma’的抗结皮性、抗水泥熟料和碱硫的侵蚀性、强度以及抗热震性等特性进行了研究，并与常规的高强耐碱浇注料（13nl）和高铝碳化硅抗结皮浇注料（50s）进行了对比。结果表明：1）浇注料ma、ma’都具有优异的抗结皮性；2）通过加入合成堇青石制得的浇注料ma’具有良好的抗热震性，并具有更为优异的综合}生能。

为了研究硅灰加入量对水泥结合铝硅浇注料性能的影响,以88高铝矾土、白刚玉、艾肯951u硅灰为主要原料,s71水泥作为结合剂制备了铝硅浇注料。其中硅灰加入量分别为2%、3%、4%、5%、6%、7%等量代替88高铝粉(≤0.044mm),研究其对水泥结合铝硅浇注料性能的影响。结果表明:随着硅灰加入量的增加,浇注料经110℃×24h、1000℃×3h和1500℃×3h处理后,体密先增大后减小;110℃×24h和1000℃×3h处理后抗折强度和耐压强度先增大后减小;1500℃×3h处理后抗折和耐压强度则逐渐增大;1450℃×1h高温抗折强度逐渐增大。当硅灰加入量为6%时,即可获得较好的综合指标。

在控制基本原料的种类及其配比、粒度等条件不变的情况下,只改变加入镁砂的种类,来研究镁砂的种类对铝镁质浇注料性能的影响。结果表明:只加入一种镁砂时,加入96高纯镁砂所得到的铝镁质浇注料的使用寿命比加入96电熔镁砂时所得到的铝镁质浇注料的要长;镁砂总量不变,加入96高纯和轻烧mgo两种镁砂时所得到的铝镁质浇注料的使用寿命随着96高纯镁砂加入量的减少而降低;镁砂总量不变,加入96高纯和镁质添加剂两种镁砂时所得到的铝镁质浇注料的使用寿命随着96高纯镁砂加入量的减少而提高。

为了研究硅灰加入量对水泥结合铝硅浇注料性能的影响,以88高铝矾土、白刚玉、艾肯951u硅灰为主要原料,s71水泥作为结合剂制备了铝硅浇注料。其中硅灰加入量分别为2%、3%、4%、5%、6%、7%等量代替88高铝粉（≤0.044mm）,研究其对水泥结合铝硅浇注料性能的影响。结果表明：随着硅灰加入量的增加,浇注料经110℃×24h、1000℃×3h和1500℃×3h处理后,体密先增大后减小;110℃×24h和1000℃×3h处理后抗折强度和耐压强度先增大后减小;1500℃×3h处理后抗折和耐压强度则逐渐增大;1450℃×1h高温抗折强度逐渐增大。当硅灰加入量为6%时,即可获得较好的综合指标。

以配料组成(w):≤3mm的高纯镁砂82%、≤3μm的sio2微粉6%、≤0.043mm的sic微粉9%、≤0.045mm棕刚玉微粉3%、≤0.045mm的al粉0.5%(外加)为基础配方,用炭黑替代部分镁砂粉研究了炭黑添加量(w)为0、0.2%、0.4%、0.6%时对镁质浇注料施工性能、力学性能及抗渣性能的影响。结果表明:在加水量一定的情况下,随着炭黑加入量的增加,浇注料的流动性能逐渐降低;干燥后试样的抗折强度和耐压强度均高于1500℃3h热处理试样的;不同气氛下烧结,浇注料的抗渣性呈现逐渐增强的趋势,在炭黑加入量为0.2%~0.4%(w)时,浇注料具有较好的常温物理性能及抗渣性。

以电熔镁砂和高纯镁砂为主要原料制备了镁质浇注料,研究了不同添加剂对镁质浇注料性能的影响。研究结果表明,5种添加剂中,加入氧化铝微粉的镁质浇注料经1100℃和1500℃烧后的体积密度最大,浇注料基质中形成的方镁石/镁铝尖晶石复相结构有利于提高试样的抗热震性。加入氧化铬、铝铬渣和焦宝石的镁质浇注料,其抗热震性均高于未加入添加剂的镁质浇注料的该项性能。

超低水泥耐火浇注料被广泛使用是因为其能阻止低熔点液相的产生,从而避免了抗侵蚀性能降低。除了降低用水量,在超低水泥浇注料(ullcs)中使用更少的水可达到浇注稠度。但是,黏稠较厚的ullcs与生俱来就有爆裂的风险。正因为硅溶胶结合浇注料不含有铝酸钙水泥,又不会形成氢相,所以具有高的抗侵蚀性和优良的干燥能力。但是硅溶胶结合浇注料在固化过程中因溶胶-凝胶键的收缩会产生裂纹。若深的裂纹发生在溶胶-凝胶的主体上,那么抗侵蚀性就会显著降低。然而,到目前为止,很少有抑制裂纹的研究报道。本研究详细介绍了如何控制硅溶胶结合浇注料在固化过程中的收缩。

通过对骨料含水量的控制,研究骨料含水量对可施工时间及耐压强度的影响。试验表明:骨料含水量≤0.8%时,可施工时间及耐压强度无明显差别;随着存放期延长,可施工时间稳定在5~8h,烘干强度呈下降趋势,烧成强度较稳定。骨料含水量≥1.0%时,浇注料凝固过快,失去可施工时间。