TiO_2對無水泥鋁鎂澆注料中形成原位尖晶石影響

含尖晶石的耐火材料廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)。本文研究了富鎂尖晶石細(xì)粉加入量對鎂鋁澆注料顯氣孔率、抗折強(qiáng)度和抗渣性能的影響。通過對不同溫度處理后試樣的性能檢測和試樣抗渣性能的研究發(fā)現(xiàn),鎂鋁澆注料中富鎂尖晶石細(xì)粉的加入量有一個(gè)較佳的范圍,在這個(gè)范圍內(nèi),澆注料的相關(guān)性能較好。

針對鎂質(zhì)澆注料在使用過程中抗渣滲透能力差,易剝落等問題,本實(shí)驗(yàn)加入鋁鎂尖晶石對鎂質(zhì)澆注料進(jìn)行改性研究。實(shí)驗(yàn)分為兩部分:先將鎂砂細(xì)粉、鎂質(zhì)添加劑和鋁鎂尖晶石細(xì)粉等機(jī)壓成型,進(jìn)行高溫?zé)崽幚?研究其物相組成和顯微結(jié)構(gòu);然后以電熔鎂砂為骨料,電熔鎂砂細(xì)粉、氧化鋁微粉、鋁鎂尖晶石細(xì)粉和鎂質(zhì)添加劑為基質(zhì),按骨料:細(xì)粉=75∶25進(jìn)行配制,研究鋁鎂尖晶石加入量對鎂質(zhì)澆注料性能的影響。結(jié)果表明:在鎂質(zhì)材料中引入尖晶石,能促進(jìn)結(jié)構(gòu)致密化;加入9%的鋁鎂尖晶石的澆注料試樣顯氣孔率低,線變化率小,體積密度大,強(qiáng)度大,抗渣性能最好,由于鎂鋁尖晶石生成時(shí)體積膨脹,使得材料結(jié)構(gòu)致密化;同時(shí)能有效吸收渣中cao及feox等成分,減少渣的滲透作用,從而提高了澆注料的抗渣性能。

以板狀剛玉為骨料,電熔白剛玉、電熔尖晶石、al2o3微粉和純鋁酸鈣水泥為基質(zhì),研究了純鋁酸鈣水泥加入量對剛玉-尖晶石澆注料抗侵蝕性能的影響.結(jié)果表明:純鋁酸鈣水泥加入量為4%時(shí),澆注料的侵蝕、滲透指數(shù)最大,抗渣侵蝕性能最差;水泥含量≥6%時(shí)抗渣侵蝕、滲透指數(shù)明顯下降,抗渣性逐漸改善.水泥加入量影響澆注料的抗侵蝕性能主要與基質(zhì)中的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)有關(guān).隨水泥加入量的增加,水泥中的cao與al2o3反應(yīng)形成六鋁酸鈣,基質(zhì)中剛玉的含量減少;渣中的cao與剛玉顆粒反應(yīng)形成六鋁酸鈣,產(chǎn)生體積膨脹堵塞氣孔,抑制了渣的滲透,使得抗渣侵蝕性能得到改善.

首先研究了單一和復(fù)合促凝劑對純鋁酸鈣水泥凝結(jié)和硬化速率的影響,在此基礎(chǔ)上,研究了復(fù)合促凝劑中naoh與naalo2的質(zhì)量比對該水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的剛玉-尖晶石澆注料性能的影響。結(jié)果表明:li2co3和lioh對水泥的促凝作用比naalo2和naoh更顯著,且促凝劑的添加量越多,水泥凝結(jié)所需時(shí)間越短;不同naoh與naalo2質(zhì)量比的復(fù)合促凝劑均能使水泥的凝結(jié)和硬化速率加快,但促凝劑中na+的引入使?jié)沧⒘系目箯潖?qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性降低,而體積密度、顯氣孔率、抗渣蝕性能變化不大。

研究了添加不同含量ma尖晶石(0、5%、8%、12%)對鎂質(zhì)澆注料性能的影響。結(jié)果表明:(1)隨著ma尖晶石含量的增加,試樣常溫抗折、耐壓強(qiáng)度降低,而經(jīng)1550℃3h和1100℃3h熱處理后強(qiáng)度呈先增加后下降的變化規(guī)律;(2)當(dāng)ma尖晶石添加量為8%時(shí),試樣經(jīng)1550℃3h和1100℃3h熱處理后強(qiáng)度均達(dá)到最佳值,兩者強(qiáng)度比接近于1;1400℃0.5h熱處理?xiàng)l件下高溫抗折強(qiáng)度也達(dá)到最佳值,可判斷材料具有較好的抗剝落性和熱震穩(wěn)定性;(3)添加的ma尖晶石作為晶核,促進(jìn)基質(zhì)中"αal2o3微粉與mgo反應(yīng)形成原位尖晶石,促進(jìn)燒結(jié),強(qiáng)化基質(zhì),有利于增強(qiáng)試樣的強(qiáng)度。

研究了預(yù)先合成的尖晶石對水泥含量低的高鋁耐火澆注料性能的影響。

用不同粒度的電熔剛玉（70％）和高溫?zé)Y(jié)鎂砂（30％）合成al2o3-mgo尖晶石澆注料。鋁酸鈣水泥（75％al2o3）用作澆注料結(jié)合劑。通過測量體積密度、體積收縮率、顯氣孔率、比重等參數(shù)及掃描電鏡和衍射分析，評價(jià)了存有tio2時(shí)，此類澆注料的致密化特征?？梢杂^察到，tio2對這些試樣的致密化行為有積極作用。

在保持mgo化學(xué)成分總量不變的前提下,研究了鎂砂細(xì)粉、sio2含量對al2o3-尖晶石澆注料性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):適量的鎂砂細(xì)粉和sio2微粉能提高澆注料強(qiáng)度,降低顯氣孔率,提高抗渣滲透性

以輕質(zhì)剛玉-尖晶石陶瓷顆粒為骨料,以白剛玉細(xì)粉、90尖晶石細(xì)粉、鎂砂細(xì)粉、α-al2o3微粉、sio2微粉為基質(zhì)料,在固定鎂砂細(xì)粉和白剛玉細(xì)粉的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.5%的情況下,改變鎂砂細(xì)粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(分別為0、3.5%、6.5%、9.5%和12.5%),制備成5種輕骨料剛玉-尖晶石澆注料試樣,經(jīng)110、1100和1600℃熱處理后,檢測試樣的常溫物理性能,并分析試樣的相組成和顯微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:1)隨著鎂砂細(xì)粉加入量的增加,不同溫度熱處理后試樣的顯氣孔率和體積密度的變化均不大;110℃熱處理后試樣的強(qiáng)度有增大的趨勢,而1100和1600℃熱處理后試樣的強(qiáng)度則有減小的趨勢;1100℃燒后試樣的線膨脹率有增大的趨勢,而1600℃燒后線膨脹率顯著增大;試樣基質(zhì)的顯微結(jié)構(gòu)變疏松,平均孔徑和孔隙率增大。2)當(dāng)鎂砂細(xì)粉加入量(w)為3.5%和6.5%時(shí),試樣的抗渣滲透性相對較強(qiáng),而抗渣侵蝕性相對較差;當(dāng)鎂砂細(xì)粉加入量(w)增加到9.5%和12.5%時(shí),試樣的抗渣侵蝕性顯著提高,而抗渣滲透性顯著下降。

研究了尖晶石粒度對鋁鉻剛玉澆注料體積密度、顯氣孔率、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、熱抗折強(qiáng)度、抗渣和抗熱震性的影響。實(shí)驗(yàn)表明:(1)尖晶石粒度越細(xì),試樣燒后高溫強(qiáng)度越高。(2)尖晶石粒度越細(xì),熱抗折強(qiáng)度越高。(3)尖晶石粒度越細(xì),抗熱震性先增加后降低,加入尖晶石200目,抗熱震性能最好。(4)尖晶石粒度越細(xì),抗渣性能增強(qiáng),100目、200目、325目區(qū)別不大。

通過使用兩種不同的含氧化鈣高鋁水泥,對預(yù)合成和原位尖晶石高鋁澆注料進(jìn)行了研究.通過傳統(tǒng)工藝,采用0.29的分配系數(shù)在110℃、900℃和1500℃下進(jìn)行熱處理,對澆注料的組成做了研究.試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了原位尖晶石組成的試樣密度和強(qiáng)度值略有下降,澆注料在約900℃時(shí)開始形成尖晶石,接近1500℃時(shí)尖晶石形成結(jié)束.

以優(yōu)質(zhì)白剛玉、高純富鋁尖晶石和α-al2o3微粉(d50為4.596μm和2.148μm)為主要原料制備了剛玉-尖晶石澆注料,研究了α-al2o3微粉加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8%、12%和16%)對剛玉-尖晶石澆注料性能的影響。結(jié)果表明:1)隨α-al2o3微粉加入量增加,澆注料基質(zhì)的流動(dòng)性能提高;α-al2o3微粉粒度較細(xì)時(shí)基質(zhì)的流動(dòng)性較好,而α-al2o3微粉較粗時(shí)基質(zhì)的流動(dòng)性變差。2)增加α-al2o3微粉加入量,剛玉-尖晶石澆注料的密度增加,強(qiáng)度明顯提高,抗渣侵蝕性和抗渣滲透性明顯改善,但α-al2o3微粉加入過多時(shí)其抗熱震性變差。α-al2o3微粉的合適加入量為12%。3)與鋼包渣相比,lf渣對剛玉-尖晶石澆注料的侵蝕性較大。4)采用優(yōu)質(zhì)電熔白剛玉、電熔尖晶石和α-al2o3微粉,能夠生產(chǎn)出性能優(yōu)良的剛玉-尖晶石澆注料。

研究了mgo細(xì)粉的加入對al2o3尖晶石系澆注料性能的影響。在110℃×24h烘干,1500℃×3h燒成制度下,通過改變基質(zhì)中mgo細(xì)粉的加入量,對材料物理性能和力學(xué)性能進(jìn)行測試。結(jié)果表明:3%～5%mgo細(xì)粉的加入能顯著改善al2o3尖晶石系澆注料的綜合燒結(jié)性能如:顯氣孔率15%～17%;體積密度301～303g/cm3,;耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別高達(dá)104～115mpa和125～145mpa;當(dāng)mgo細(xì)粉的加入量大于5%時(shí),由于材料線變化率和顯氣孔率的過度增大,引起材料結(jié)構(gòu)的松散,導(dǎo)致材料強(qiáng)度的降低和抗渣性能的下降如:顯氣孔率大于20%;體積密度小于290g/cm3,;耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度則分別小于100mpa和11mpa。

以電熔白剛玉、電熔鎂鋁尖晶石、氧化鋁微粉、白云石微粉以及鋁酸鈣水泥為主要原料,研究了白云石微粉加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1.5%和3%)對剛玉-尖晶石質(zhì)澆注料物理性能的影響。結(jié)果表明:加入1.5%白云石微粉對澆注料的線變化率影響不大,并能夠明顯提高澆注料800～1100℃燒后的冷、熱態(tài)抗折強(qiáng)度,對1400℃燒后的冷、熱態(tài)抗折強(qiáng)度影響不大,但1600℃燒后冷、熱態(tài)抗折強(qiáng)度降低。加入3.0%的白云石微粉使各試驗(yàn)溫度燒后澆注料的線變化率增大且不利于澆注料強(qiáng)度的提高。與1400℃燒后相比,1600℃燒后所有試樣冷、熱態(tài)強(qiáng)度均有所降低,而且隨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夠明顯提高剛玉-尖晶石質(zhì)澆注料的強(qiáng)度保持率,但試樣熱震前后的抗折強(qiáng)度均明顯降低。

對以鎂鋁尖晶石為主要原料，以氧化鎂微粉-硅灰-氧化鋁微粉-水作為結(jié)合劑研制的鎂鋁尖晶石一堇青石澆注料ma及其優(yōu)化澆注料ma’的抗結(jié)皮性、抗水泥熟料和堿硫的侵蝕性、強(qiáng)度以及抗熱震性等特性進(jìn)行了研究，并與常規(guī)的高強(qiáng)耐堿澆注料（13nl）和高鋁碳化硅抗結(jié)皮澆注料（50s）進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：1）澆注料ma、ma’都具有優(yōu)異的抗結(jié)皮性；2）通過加入合成堇青石制得的澆注料ma’具有良好的抗熱震性，并具有更為優(yōu)異的綜合}生能。

為了研究硅灰加入量對水泥結(jié)合鋁硅澆注料性能的影響,以88高鋁礬土、白剛玉、艾肯951u硅灰為主要原料,s71水泥作為結(jié)合劑制備了鋁硅澆注料。其中硅灰加入量分別為2%、3%、4%、5%、6%、7%等量代替88高鋁粉(≤0.044mm),研究其對水泥結(jié)合鋁硅澆注料性能的影響。結(jié)果表明:隨著硅灰加入量的增加,澆注料經(jīng)110℃×24h、1000℃×3h和1500℃×3h處理后,體密先增大后減小;110℃×24h和1000℃×3h處理后抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度先增大后減小;1500℃×3h處理后抗折和耐壓強(qiáng)度則逐漸增大;1450℃×1h高溫抗折強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)硅灰加入量為6%時(shí),即可獲得較好的綜合指標(biāo)。

在控制基本原料的種類及其配比、粒度等條件不變的情況下,只改變加入鎂砂的種類,來研究鎂砂的種類對鋁鎂質(zhì)澆注料性能的影響。結(jié)果表明:只加入一種鎂砂時(shí),加入96高純鎂砂所得到的鋁鎂質(zhì)澆注料的使用壽命比加入96電熔鎂砂時(shí)所得到的鋁鎂質(zhì)澆注料的要長;鎂砂總量不變,加入96高純和輕燒mgo兩種鎂砂時(shí)所得到的鋁鎂質(zhì)澆注料的使用壽命隨著96高純鎂砂加入量的減少而降低;鎂砂總量不變,加入96高純和鎂質(zhì)添加劑兩種鎂砂時(shí)所得到的鋁鎂質(zhì)澆注料的使用壽命隨著96高純鎂砂加入量的減少而提高。

為了研究硅灰加入量對水泥結(jié)合鋁硅澆注料性能的影響,以88高鋁礬土、白剛玉、艾肯951u硅灰為主要原料,s71水泥作為結(jié)合劑制備了鋁硅澆注料。其中硅灰加入量分別為2%、3%、4%、5%、6%、7%等量代替88高鋁粉（≤0.044mm）,研究其對水泥結(jié)合鋁硅澆注料性能的影響。結(jié)果表明：隨著硅灰加入量的增加,澆注料經(jīng)110℃×24h、1000℃×3h和1500℃×3h處理后,體密先增大后減小;110℃×24h和1000℃×3h處理后抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度先增大后減小;1500℃×3h處理后抗折和耐壓強(qiáng)度則逐漸增大;1450℃×1h高溫抗折強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)硅灰加入量為6%時(shí),即可獲得較好的綜合指標(biāo)。

以配料組成(w):≤3mm的高純鎂砂82%、≤3μm的sio2微粉6%、≤0.043mm的sic微粉9%、≤0.045mm棕剛玉微粉3%、≤0.045mm的al粉0.5%(外加)為基礎(chǔ)配方,用炭黑替代部分鎂砂粉研究了炭黑添加量(w)為0、0.2%、0.4%、0.6%時(shí)對鎂質(zhì)澆注料施工性能、力學(xué)性能及抗渣性能的影響。結(jié)果表明:在加水量一定的情況下,隨著炭黑加入量的增加,澆注料的流動(dòng)性能逐漸降低;干燥后試樣的抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度均高于1500℃3h熱處理試樣的;不同氣氛下燒結(jié),澆注料的抗渣性呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)的趨勢,在炭黑加入量為0.2%~0.4%(w)時(shí),澆注料具有較好的常溫物理性能及抗渣性。

以電熔鎂砂和高純鎂砂為主要原料制備了鎂質(zhì)澆注料,研究了不同添加劑對鎂質(zhì)澆注料性能的影響。研究結(jié)果表明,5種添加劑中,加入氧化鋁微粉的鎂質(zhì)澆注料經(jīng)1100℃和1500℃燒后的體積密度最大,澆注料基質(zhì)中形成的方鎂石/鎂鋁尖晶石復(fù)相結(jié)構(gòu)有利于提高試樣的抗熱震性。加入氧化鉻、鋁鉻渣和焦寶石的鎂質(zhì)澆注料,其抗熱震性均高于未加入添加劑的鎂質(zhì)澆注料的該項(xiàng)性能。

超低水泥耐火澆注料被廣泛使用是因?yàn)槠淠茏柚沟腿埸c(diǎn)液相的產(chǎn)生,從而避免了抗侵蝕性能降低。除了降低用水量,在超低水泥澆注料(ullcs)中使用更少的水可達(dá)到澆注稠度。但是,黏稠較厚的ullcs與生俱來就有爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。正因?yàn)楣枞苣z結(jié)合澆注料不含有鋁酸鈣水泥,又不會(huì)形成氫相,所以具有高的抗侵蝕性和優(yōu)良的干燥能力。但是硅溶膠結(jié)合澆注料在固化過程中因溶膠-凝膠鍵的收縮會(huì)產(chǎn)生裂紋。若深的裂紋發(fā)生在溶膠-凝膠的主體上,那么抗侵蝕性就會(huì)顯著降低。然而,到目前為止,很少有抑制裂紋的研究報(bào)道。本研究詳細(xì)介紹了如何控制硅溶膠結(jié)合澆注料在固化過程中的收縮。

通過對骨料含水量的控制,研究骨料含水量對可施工時(shí)間及耐壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)表明:骨料含水量≤0.8%時(shí),可施工時(shí)間及耐壓強(qiáng)度無明顯差別;隨著存放期延長,可施工時(shí)間穩(wěn)定在5~8h,烘干強(qiáng)度呈下降趨勢,燒成強(qiáng)度較穩(wěn)定。骨料含水量≥1.0%時(shí),澆注料凝固過快,失去可施工時(shí)間。