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使得原位反应提前

2020-05-12 21:21 作者:pokerking club 点击:

  合成尖晶石用于耐火材料始于1980年代。最初是加入到镁砖以取代镁铝砖用在水泥窑。这种尖晶石要么是富镁尖晶石要么是化学计量尖晶石。到了1980年代末,含尖晶石的刚玉浇注料开始得到发展,特别是在日本,这种材料在钢包内衬大行其道。然而富镁尖晶石由于含有少量的游高镁,其应用受到某些限制,在浇注料里面遇到问题。因此,新型的富铝尖晶石得到发展,并且成为钢包耐火材料的重要组成部分。

  刚玉-尖晶石低水泥浇注料是以刚玉为主原料,添加适量的尖晶石细颗粒和微粉(15~30wt%),配以少量的水泥(3~5wt%),而配制成的浇注料。到了1990年代,另外一类刚玉尖晶石浇注料得到发展。不同于合成尖晶石,这类浇注料在基质部分含有镁砂细粉,这些镁砂细粉可和氧化铝细粉在高温下反应形成原位尖晶石。

  原位尖晶石浇注料在某些应用领域体现出较大的优势,如钢包包壁,包底浇注料,由于其更好的抗渣性能,在过去的20年成为主要的技术路线。

  预合成尖晶石刚玉浇注料在别的产品如,透气砖,座砖,水口等预制件得到广泛的应用。

  刚玉/尖晶石浇注料和刚玉/镁砂原位尖晶石浇注料之间的性能特点对比及应用,在很多研究报道中有过论述。

  尖晶石加入到刚玉浇注料出于两个目的:首先是提高抗渣性能,其次是提高热机械性能。图7展示了刚玉浇注料的感应炉抗渣实验结果。使用碱度(C/S)为2.3和0.3的渣,于1600℃下进行抗渣试验。浇注含尖晶石和不含尖晶石的耐火材料,放置在感应炉的内衬上。试验完成后,选择试样条观察渣渗透和渣侵蚀情况。结果如图1所示。可以看出,在苛刻的渣侵蚀条件下,含尖晶石耐火材料表现出更好的性能。加入尖晶石的试样在金属/渣界面上,渣渗透和渣侵蚀明显减少了。

  Itose作了相似的报道,向氧化铝-尖晶石浇注料中加入尖晶石细粉提高抗渣侵蚀性和渗透性。他们比较了含有20%的尖晶石细粉的尖晶石浇注料,观察到抗渣侵蚀性和渗透性降低了约40~50%。

  很多报道研究了刚玉尖晶石浇注料的抗渣性和熔损基制。尖晶石的合理加入量为15~30wt%,最好是20-25wt%。尖晶石量太少的话,所起到的作用非常有限。尖晶石太多,浇注料的抗渗透性不好。富铝尖晶石相比化学计量尖晶石的抗渣性更好,这是因为富铝尖晶石的原子晶格空位可以捕获钢渣中FeO和MnO而形成尖晶石固溶体,从而使得渣的熔点和粘度都有所提高,因此降低了渣的渗透和侵蚀。

  尖晶石的粒度也非常重要。尖晶石通常细粉的形式加入从而起到最好的抗渣效果。尖晶石的含量和分布极大的影响着浇注料的抗渣性。

  Kriechbaum等系统的研究了SiO2和尖晶石对低水泥刚玉浇注料的热态性能的影响。尖晶石的加入会大大提高高温强度。0.2wt%的SiO2会使得高温强度和荷重软化点大大地降低。HMoR由原来的16MPa降低到2MPa。当把SiO2去掉,而引进尖晶石AR78和AR90之后,HMoR提高到21MPa。同时,该研究也提到水合氧化铝和硅微粉的引进会极大地提高中温(1100度)热态强度,是水泥结合浇注料的两倍。0.2wt%的硅微粉的加入,会大大地降低荷重软化开始点,如图2。

  Korgul等刚玉-尖晶石浇注料受到渣侵后作了微观结构分析。所采用的渣为碱性渣系CaO-MgO-MnO-Al2O3-SiO2。渣侵反应开始于CaO与耐火材料中Al2O3的反应生成CA2。耐火材料中的尖晶石细粉和颗粒开始吸收渣中的MnO/FeO/Fe2O3氧化物,使得渣中SiO2含量升高而粘度增大。CA6矿相比较稳定,不仅在耐火材料中存在,在耐火材料和渣的界面也出现这种片状和针状的结晶体。

  MacZura等研究了含有15wt%富铝尖晶石(78wt%Al2O3),和15wt%水泥的刚玉尖晶石浇注料。发现1400℃和1500℃的HMoR比不含尖晶石的刚玉浇注料要高很多。他们把这种高温强度的提高归因于CA6和刚玉以及尖晶石之间的强力结合作用。

  Ko和Chan研究了尖晶石含量对于刚玉-尖晶石热机械性能的影响。他们发现CA6晶体主要从尖晶石晶体周围长出来,而在电熔刚玉颗粒的周围并没有发现CA6,如图3,主要归因于烧结尖晶石的更高的活性。随着尖晶石含量的增加(5-15wt%)和温度的升高(1000-1500℃),HMoR相应的提高。但是通过数据的对比,这种分析结果并不能让人信服。因为1500℃和1400℃的高温抗折的提高微乎其微。可以认为几乎没有变化。这种高温强度的提高归因于CA6与尖晶石之间的结合作用的增强。但是CaO含量的增加也会带来HMoR的提高值得商榷。由RuL结果所知,较少的尖晶石带来的膨胀量比更多的尖晶石带来的膨胀量大,这是因为较少的尖晶石配为里面含有更多的富余氧化铝粉,从而生成更多的CA6。然而尖晶石和CA6的此消彼长,将会相互抵消对于HMOR的贡献,因此,这种分析并不能使人信服。

  关于合成尖晶石与原为尖晶石的对比情况,很多学者做了研究。Chen等报道了钢包用Al2O3-MgO和Al2O3-尖晶石浇注料的高温性能。Al2O3-尖晶石浇注料抵抗荷重变形能力更好,1600℃下有微膨胀,这与Ko和Chan的结果一致。HMoR和热震稳定性也更好。然而Al2O3-MgO浇注料的抗渣侵蚀和後透性能更好,这是由于原位尖晶石的生成。

  Matsui等报道了Al2O3-MgO浇注料在钢包冲击板的应用情况。氧化铝粉减少5%的同时增加粗颗粒刚玉。弹性模量降低了,蠕变增加了100%。然而现场的应用情况表明这种浇注料抗开裂性能更好,耐熔损性能提高了15%。

  Braulio等回顾了刚玉-尖晶石浇注料的发展情况。刚玉-原位尖晶石和刚玉-合成尖晶石浇注料在如今都得到很大的发展。刚玉-合成尖晶石浇注料的体积稳定性和施工性能更好。刚玉-原位尖晶石浇注料的镁砂水化问题和体积膨胀问题还亟需研究。主要考虑的变量是尖晶石的含量和颗粒尺寸,水泥的作用,水合氧化铝的影响,不同规格的氧化铝,镁砂的影响,及硅微粉的含量。文中指出对于将来刚玉-原位尖晶石浇注料的发展方向提出的建议。首先可以考虑在刚玉-原位尖晶石浇注料中引入矿化剂,使得原位反应提前,材料更加致密化。其次考虑纳米颗粒的引入,可使得原位反应的体积稳定性得到提高。再次,可以致力于热机械性能的模拟,控制膨胀的程度使得综合性能得以提高。最后,耐火材料的用后分析将会使得材料的设计更加合理。

  韩斌等研究了尖晶石粒度(MA尖晶石,Al2O3wt75%,总加入量20wt%)对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响,发现配料中尖晶石颗粒和细粉配比相同的时候,常温抗折强度最好。尖晶石细粉与颗粒为1:3的试样抗热震性较好,尖晶石全以颗粒形式引入的试样抗热震性最差。

  李洪波等研究了尖晶石细粉(200目)加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响,结果表明随着尖晶石加入质量分数在0-18%范围内的增加,浇注料试样的高温抗折强度逐渐增大,抗渣性能均逐渐改善。文中提到由于高温状态下Al2O3同MA尖晶石间易于形成晶格缺陷型尖晶石固溶体,因此,加入尖晶石后可以促进试样烧结,并且随着尖晶石加入量增加试样的烧结性能得到改善,因此其高温抗折得到提高。试样的抗热震性则呈先下降后上升趋势,与常温强度的发展趋势正好相反。

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