鋁鎂尖晶石對(duì)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(duì)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(jī)理。

研究了不同種類尖晶石及其加入量對(duì)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(jī)理。

本課題研究了不同種類晶石及其加入量對(duì)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(jī)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(duì)剛玉尖晶石磚性能的影響,通過對(duì)比試樣的顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)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(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良.

對(duì)鋼包底吹用經(jīng)振動(dòng)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(jìn)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(jì)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(jí)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(duì)鋼包底吹用經(jīng)振動(dòng)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(jìn)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(jì)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(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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。

天津鋼管公司的鋼包底部碳磚蝕損嚴(yán)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(jī)理,在其它原料配比不變的情況下,研究鎂砂細(xì)粉、鋁鎂尖晶石和復(fù)合添加劑的加入量對(duì)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(shí)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(duì)用后透氣磚的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并結(jié)合熱力學(xué)計(jì)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(shí)ch4分解反應(yīng)造成的碳沉積和擴(kuò)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(qiáng)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(shí)頭部斷裂,而頭部斷裂導(dǎo)致的狹縫錯(cuò)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(xì)粉加入量對(duì)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(duì)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。

系統(tǒng)論述了鐵鋁尖晶石(feo.al2o3)的合成、鐵的存在價(jià)態(tài)對(duì)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(shí)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(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(duì)較強(qiáng),而抗渣侵蝕性相對(duì)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(duì)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。

鎂鋁尖晶石磚是針對(duì)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(duì)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(qiáng)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(duì)剛玉質(zhì)透氣磚抗渣性的影響,并探討了其抗渣機(jī)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(duì)砌筑在150t精煉鋼包的澆注成型和機(jī)壓成型兩種免燒剛玉-尖晶石襯磚的用后殘磚進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)分析,探討了其蝕損機(jī)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(jìn)行,熱面處逐漸形成的致密層在經(jīng)受熱震后可能會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落;機(jī)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(jī)制。

1燒成帶耐火材料的無鉻化對(duì)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(qiáng)度尤為重要,尤其是水泥中的劇毒六價(jià)鉻。水泥中的六價(jià)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(biāo) 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(jí)配混合，在全自動(dòng)液壓機(jī)上成型，經(jīng)1650℃以上 的高溫?zé)珊?，進(jìn)行理化指標(biāo)檢測，如表3。 表3mgo-hercynite材料的理化指標(biāo) 項(xiàng)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(qiáng)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(kuò)散,形成鎂鋁尖晶石和鐵鋁尖晶石固溶體;隨著鎂砂細(xì)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(dāng)電熔鐵鋁尖晶石-剛玉復(fù)合材料以顆粒加入時(shí),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。

通過對(duì)鐵鋁尖晶石合成過程反應(yīng)機(jī)理及mgo-al2o3-feon三元體系中可能發(fā)生的高溫反應(yīng)進(jìn)行熱力學(xué)分析,嘗試采用原位合成法制備方鎂石-鐵鋁尖晶石材料,并用xrd、sem等測試方法對(duì)材料進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:控制氣氛10(–27117.9/t+11.54)<po2<10(–32625/t+18.09),經(jīng)過1400,1550℃高溫處理后,能夠成功合成出方鎂石-鐵鋁尖晶石材料;同一溫度下鐵鋁尖晶石的生成量隨著金屬鐵加入量的增大而逐漸增多,1550℃處理后的試樣feal2o4晶體發(fā)育更加良好。