鋁鎂尖晶石對剛玉尖晶石透氣磚抗渣性的影響

研究了不同種類尖晶石及其加入量對鋁尖晶石炭磚抗法性能的影響，分析了鋁尖晶石炭磚的抗渣機理。

研究了不同種類尖晶石及其加入量對鋁類晶石炭磚抗渣性能的影響，分析了鋁尖晶石炭磚的抗渣機理。

本課題研究了不同種類晶石及其加入量對鋁－尖晶石碳磚抗渣性能的影響，分析了鋁－尖晶石磚的抗渣機理。

以白剛玉、板狀剛玉、鎂鋁尖晶石、氧化鋁微粉為原料,研究了不同尖晶石添加量對剛玉尖晶石磚性能的影響,通過對比試樣的顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強度、高溫抗折強度、抗熱震性能和抗lf爐渣侵蝕性能,表明尖晶石添加量在10％～20％之間剛玉尖晶石磚的各項性能指標優(yōu)良.

對鋼包底吹用經(jīng)振動成型并燒成后的剛玉-尖晶石透氣磚的組成改變的研究結(jié)果進行了研究,引入富鋁尖晶石[m(al2o3):m(mgo)=85:15]的剛玉-尖晶石透氣磚的抗渣性比引入接近化學(xué)計量比的鎂鋁尖晶石的透氣磚的抗渣性提高了2.5倍。該高級剛玉-尖晶石透氣磚在烏克蘭4家冶金公司使用,使用結(jié)果表明,透氣磚的使用壽命顯著提高。

對鋼包底吹用經(jīng)振動成型并燒成后的剛玉-尖晶石透氣磚的組成改變的研究結(jié)果進行了研究，引入富鋁尖晶石[m（al2o3）：m（mgo）=85：15]的剛玉-尖晶石透氣磚的抗渣性比引入接近化學(xué)計量比的鎂鋁尖晶石的透氣磚的抗渣性提高了2．5倍。該高級剛玉-尖晶石透氣磚在烏克蘭4家冶金公司使用，使用結(jié)果表明，透氣磚的使用壽命顯著提高。

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,本實驗加入鋁鎂尖晶石對鎂質(zhì)澆注料進行改性研究。實驗分為兩部分:先將鎂砂細粉、鎂質(zhì)添加劑和鋁鎂尖晶石細粉等機壓成型,進行高溫?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,電熔鎂砂細粉、氧化鋁微粉、鋁鎂尖晶石細粉和鎂質(zhì)添加劑為基質(zhì),按骨料:細粉=75∶25進行配制,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,強度大,抗渣性能最好,由于鎂鋁尖晶石生成時體積膨脹,使得材料結(jié)構(gòu)致密化;同時能有效吸收渣中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,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)量分數(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系目箯潖姸?、抗壓強度、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。

天津鋼管公司的鋼包底部碳磚蝕損嚴重影響了鋼包的使用壽命。通過分析包底用鋁鎂尖晶石碳磚的損毀機理,在其它原料配比不變的情況下,研究鎂砂細粉、鋁鎂尖晶石和復(fù)合添加劑的加入量對碳磚高溫性能的影響。研究結(jié)果表明,上述三者的配比為8%、10%和4%時能明顯提高碳磚的使用壽命。另外,碳磚厚度由155.0mm減至77.5mm也有利于提高碳磚的壽命。

為了探討天然氣反吹條件下剛玉-尖晶石質(zhì)鋼包透氣磚不能正常吹通的原因,采用xrd、sem及edax對用后透氣磚的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)進行分析,并結(jié)合熱力學(xué)計算分析天然氣的碳化反應(yīng)以及天然氣和透氣磚組分之間的反應(yīng)。結(jié)果表明:采用天然氣反吹時ch4分解反應(yīng)造成的碳沉積和擴散,ch4和尖晶石反應(yīng)引起尖晶石中mgo還原-氧化循環(huán)造成的強度降低,以及由此引起的透氣磚不同部位膨脹系數(shù)的不匹配導(dǎo)致透氣磚在精煉時頭部斷裂,而頭部斷裂導(dǎo)致的狹縫錯位是剛玉-尖晶石質(zhì)透氣磚不能正常吹通的直接原因。

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粉加入量對鎂鋁澆注料顯氣孔率、抗折強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粉的加入量有一個較佳的范圍,在這個范圍內(nèi),澆注料的相關(guān)性能較好。

系統(tǒng)論述了鐵鋁尖晶石(feo.al2o3)的合成、鐵的存在價態(tài)對鎂鐵鋁尖晶石磚性能的影響,并闡述了采用預(yù)合成鐵鋁尖晶石制備的鎂鐵鋁尖晶石磚在水泥窯上的出色使用性能,指出其完全可以替代現(xiàn)有鎂鉻磚,是水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶用耐火材料的發(fā)展方向;同時還指出了鎂鐵鋁尖晶石磚未來的研究方向是降低磚的熱導(dǎo)率以及控制鐵鋁尖晶石合成氣氛的簡單化。

以輕質(zhì)剛玉-尖晶石陶瓷顆粒為骨料,以白剛玉細粉、90尖晶石細粉、鎂砂細粉、α-al2o3微粉、sio2微粉為基質(zhì)料,在固定鎂砂細粉和白剛玉細粉的總質(zhì)量分數(shù)為17.5%的情況下,改變鎂砂細粉的質(zhì)量分數(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℃熱處理后試樣的強度有增大的趨勢,而1100和1600℃熱處理后試樣的強度則有減小的趨勢;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)當鎂砂細粉加入量(w)為3.5%和6.5%時,試樣的抗渣滲透性相對較強,而抗渣侵蝕性相對較差;當鎂砂細粉加入量(w)增加到9.5%和12.5%時,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、抗折強度、耐壓強度、熱抗折強度、抗渣和抗熱震性的影響。實驗表明:(1)尖晶石粒度越細,試樣燒后高溫強度越高。(2)尖晶石粒度越細,熱抗折強度越高。(3)尖晶石粒度越細,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,抗渣性能增強,100目、200目、325目區(qū)別不大。

鎂鋁尖晶石磚是針對大型水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶與過渡帶使用周期不同步、壽命低等問題,通過對原料、配料和燒成制度等的優(yōu)化而研發(fā)的。該產(chǎn)品具有氣孔率低、強度高、熱真穩(wěn)定性好、抗侵蝕性優(yōu)良等特性。該產(chǎn)品使得過渡帶與燒成帶材料同步消耗,提高了回轉(zhuǎn)窯窯襯的使用壽命。

透氣磚在使用過程中,由于渣的滲透和侵蝕形成變質(zhì)層,在熱應(yīng)力作用下變質(zhì)層剝落影響使用壽命。研究了不同基質(zhì)體系對剛玉質(zhì)透氣磚抗渣性的影響,并探討了其抗渣機理。在基質(zhì)中添加cr2o3和尖晶石能顯著提高其抗渣性。添加適量尖晶石效果最好,其原因是在與渣的反應(yīng)層表面形成尖晶石致密層,阻止了渣的滲透。

對砌筑在150t精煉鋼包的澆注成型和機壓成型兩種免燒剛玉-尖晶石襯磚的用后殘磚進行了顯微結(jié)構(gòu)分析,探討了其蝕損機制。結(jié)果表明:澆注成型襯磚的反應(yīng)滲透層較厚,且cao含量隨著滲透深度的增大而逐漸減小,隨著渣滲透、侵蝕的持續(xù)進行,熱面處逐漸形成的致密層在經(jīng)受熱震后可能會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落;機壓成型的襯磚反應(yīng)滲透層較薄,抗渣滲透性能和抗侵蝕性能較好,反應(yīng)滲透層與原磚層間出現(xiàn)裂紋可能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)剝落是其主要的損毀機制。

1燒成帶耐火材料的無鉻化對占世界水泥總量50%的中國水泥工業(yè)來說,降低污染排放強度尤為重要,尤其是水泥中的劇毒六價鉻。水泥中的六價鉻主要來源于回轉(zhuǎn)窯燒成帶的鎂鉻質(zhì)耐火材料。

3.4.4鎂鐵鋁尖晶石材料的理化指標 以電熔鎂砂、高純燒結(jié)鎂砂、氧化鋁微粉以及合成出的hercynite 尖晶石按照顆粒級配混合，在全自動液壓機上成型，經(jīng)1650℃以上 的高溫?zé)珊?，進行理化指標檢測，如表3。 表3mgo-hercynite材料的理化指標 項目單位魯中鎂鐵鋁 磚 國外鎂鐵鋁 磚 國外鎂鉻磚 mgo%≥85≥85≥75 al2o3%4.5-7.03.5-5.02.0-4.0 fe2o3%3.5-6.03.5-7.57.0-10.0 cr2o3%————8.0-10.0 體積密度g/cm3≥2.9≥2.9≥3.0 常溫耐壓強度mpa≥50≥60≥50 荷重軟化溫 度，0.2mpa ℃≥1650≥1650≥1650 導(dǎo)熱系數(shù)，λ w/m.k （熱線法）※ 350℃3.4634.5

以電熔合成鐵鋁尖晶石-剛玉復(fù)合材料和電熔鎂砂為原料制備了鐵鋁尖晶石-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。檢測了各燒后試樣的線變化率、體積密度和顯氣孔率,并用xrd、sem等研究了鎂砂與電熔鐵鋁尖晶石-剛玉復(fù)合材料之間的反應(yīng),結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有單一的鎂鋁尖晶石相生成,在高溫下,mgo與鐵鋁尖晶石-剛玉之間存在互擴散,形成鎂鋁尖晶石和鐵鋁尖晶石固溶體;隨著鎂砂細粉加入量的提高,鎂鋁尖晶石向鐵鋁尖晶石中的固溶量加大;當電熔鐵鋁尖晶石-剛玉復(fù)合材料以顆粒加入時,發(fā)現(xiàn)在某些鐵鋁尖晶石顆粒周圍存在環(huán)形裂紋;隨著鎂砂加入量的提高,試樣的顯氣孔率下降,體積密度增大。

天津鋼管公司鋼包包底沖擊區(qū)采用鋁鎂尖晶石碳磚砌筑,壽命低,成為制約鋼包壽命提高的瓶頸環(huán)節(jié)。本文通過對鋁鎂尖晶石碳磚的使用情況、損毀機理進行分析,采取多種改進措施,研制出以特級礬土、棕剛玉、鋁鎂尖晶石、電熔鎂砂、石墨為主要原料的改進鋁鎂尖晶石碳磚,鋼包壽命提高了3~6爐,降低了消耗,提高了鋼包運行的安全性。