HiPerCem水泥对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性的影响

以板状刚玉、尖晶石细粉和活性α-Al2O3微粉为主要原料,使用HiPerCem水泥作为结合剂制备刚玉-尖晶石浇注料,对比研究了HiPerCem水泥与Secar71及CMA72水泥在浇注料中的凝结行为及其对浇注料常温物理性能、抗渣性能的影响.结果 表明,在保持引入浇注料中一铝酸钙含量为1.8％,尖晶石含量为10％的情况下,HiPerCem水泥结合浇注料的凝结速度居中,脱模及烘干强度较另外2种水泥结合浇注料的低.抗渣侵蚀实验表明,以HiPerCem水泥为结合剂的浇注料因引入的CaO含量较CMA72和Secar71水泥结合浇注料低,大尺寸气孔少,具有较好的抗渣性;而CMA72水泥结合浇注料因试样中大尺寸气孔比例较高,熔渣渗透严重,未能发挥出其水泥中微晶尖晶石相改善抗渣性的优势.     

铝硅系耐火原料与碱蒸气反应侵蚀行为

近年来,污泥、生活垃圾作为水泥生产的部分燃料应用于水泥生产,造成水泥窑炉衬材料硅莫砖的严重碱侵蚀破坏和剥落,影响水泥窑的稳定运行。采用碱蒸气法系统研究了水泥窑硅莫砖用高铝矾土、莫来石(M60)及莫来凯特3种铝硅系耐火原料抗碱蒸气侵蚀行为。结果表明：3种铝硅系耐火原料的碱蒸气侵蚀行为,与原料中的化学成分、玻璃相含量和成分及其显微结构等密切相关。对于以刚玉、莫来石为主的高铝矾土,碱与刚玉、莫来石晶相发生反应形成钾霞石,产生体积膨胀,使得高铝矾土表面先发生疏松和开裂,后碱蒸气渗入颗粒内部,造成严重碱侵蚀破坏;而对于以莫来石为主的莫来石(M60)原料,碱与莫来石和玻璃相发生反应,形成瞬间液相并析出白榴石相,形成的液相阻止了碱的渗透,使碱侵蚀仅发生在表面层而表现出优良的抗碱侵蚀性能。而莫来凯特原料中晶相莫来石与玻璃相含量相当,玻璃相含量高达46%,其与碱蒸气发生化学反应形成更多的液相,同时析出白榴石相,因氧化钾反应溶解在该原料玻璃相中,造成原料整体性侵蚀破坏。     

锆英石对铝铬锆砖抗侵蚀性能及六价铬形成的影响

铝铬锆砖因具有优异的抗渣侵蚀性能,被作为炉衬材料广泛应用于工作环境恶劣的危废焚烧炉。然而,铝铬锆砖在制备和服役过程中可能形成有毒的水溶性Cr(VI),相关研究工作却未见报道。本研究分别以单斜氧化锆和锆英石为氧化锆源制备了两种铝铬锆砖,研究了铝铬锆砖在四种不同组成危废焚烧炉渣中的侵蚀行为及熔渣侵蚀前后砖中Cr(VI)的含量。结果表明,锆英石高温下分解形成单斜氧化锆和无定形的二氧化硅,促进化学稳定性较好的(Al,Cr)₂O₃固溶体的形成,提高了铝铬锆砖的致密化程度,同时改善了铝铬锆砖的抗渣侵蚀性能。此外,生成的二氧化硅可以还原砖中Cr(VI)化合物,降低铝铬锆砖中的Cr(VI)含量。熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中Cr(VI)含量与熔渣成分密切相关。在被高碱性氧化物含量的熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中的Cr(VI)含量较高,但锆英石作为氧化锆源的铝铬锆砖在不同熔渣中侵蚀前后的原砖层和渗透层内的Cr(VI)含量均低于欧盟限制标准。     

烧成与使用气氛对磷酸盐结合铬铝锆砖结构与性能的影响

首先研究了在空气中和埋炭条件下烧成时磷酸盐结合铬铝锆试样结构与性能的变化,然后探讨了在模拟使用气氛中二次处理后试样性能的变化,比较了空气中和模拟使用气氛下试样的抗侵蚀性能并分析了现场使用后铬铝锆砖的显微结构。结果表明:烧成气氛对磷酸盐结合铬铝锆砖结构与性能影响显著。空气中烧成时,磷酸盐能与氧化铬和氧化铝形成复合固溶体,提升材料的强度。埋炭条件烧成时,磷酸盐和部分氧化铬发生还原反应并生成一定量气相物质,材料基质中气孔数量和孔径明显增加,影响了氧化铬骨料与基质的结合,降低了材料的结合强度。使用过程中,铬铝锆砖边缘的磷酸盐和部分氧化铬在还原气氛下也会发生还原反应,使边缘的气孔数量及孔径明显增加,其抗侵蚀性能明显低于在空气中的抗侵蚀性能。     

尖晶石包覆骨料对镁铝质耐火材料抗热震性和抗水泥熟料侵蚀的影响

由于周期性水泥熟料回转以及进出料,水泥回转窑用耐火材料需要兼顾优异的耐火度、热震稳定性和耐侵蚀性。本研究通过将尖晶石细粉包裹于镁砂骨料表面,制备出含包覆结构骨料的方镁石–镁铝尖晶石耐火材料,并采用三点弯曲测试结合数字图像相关以及声发射技术表征其断裂行为,以及采用静态抗渣法表征其抗侵蚀性能。结果表明：通过改变尖晶石分布,形成包覆结构复合骨料,降低了氧化铝含量,尖晶石相达到更为均匀且广泛的分散。与氧化铝含量(质量分数)为10%的市售预合成尖晶石骨料耐火材料相比,采用尖晶石包覆骨料的方镁石–尖晶石耐火材料(Al₂O₃含量为5%)在保证材料抗热震性能的同时,提升了力学强度、热震稳定性能以及抗侵蚀能力。     

FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用

商用热力学计算软件FactSage在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛。本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,分析了各种模型的原理、特点、适用情景、精确度与局限性,并给出了详细的运用实例。此外,本文介绍了热力学计算与其他方法相结合运用的实例,包含ANSYS、动力学分析、分子动力学模拟等方法,规避热力学计算的局限性,更加全面地分析熔渣对耐火材料的侵蚀行为。最后,本文对热力学计算存在的问题进行了归纳,并基于现有研究现状对其发展前景与方向进行了展望。     

高温下氧化物与氟化物电解质反应研究

利用Factsage热力学软件预测分析了高温下典型氧化物分别与氟化物AlF3、Na3AlF6及K3AlF6之间的化学反应,并采用氧化物粉末与电解质混合和氧化物烧结体浸泡两种实验方法验证了900℃时氧化物与电解质的反应。采用X射线衍射仪及扫描电子显微镜等分析了试样的物相组成和显微结构。结果表明:主族元素氧化物普遍比过渡元素氧化物易于和含AlF3、Na3AlF6及K3AlF6的电解质反应;并且CaO.6Al2O3、MgAl2O4、Mg2TiO4、Al2TiO5、NiFe2O4与AlF3、Na3AlF6及K3AlF6电解质反应程度依次减弱;基于浸泡实验发现,降低烧结试样的显气孔率能有效提高其抗电解质侵蚀性能。     

MgO-Mg2TiO4复相材料的制备及其抗电解质侵蚀研究

在轻烧氧化镁粉(粒度≤45μm)中分别添加0、1%、2%、5%、10%(w)的化学纯TiO2,经球磨混合、干压成型后,分别在1 400、1 500和1 600℃保温3 h反应烧结,然后检测试样的显气孔率、体积密度和抗AlF3-Na3AlF6-K3AlF6侵蚀性,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:1)采用反应烧结法可以制备MgO-Mg2TiO4复相材料。随着TiO2添加量从0增加到5%(w),试样致密化程度明显提高,同时Mg2TiO4生成量逐渐增多,氧化镁晶粒逐渐长大;添加10%(w)TiO2的材料,由于生成Mg2TiO4较多,体积膨胀较大,其致密度比添加5%(w)TiO2的略低。2)随着TiO2添加量从0增加到5%(w),由于材料致密度提高以及化学稳定性好的Mg2TiO4分布于方镁石晶粒周围,因此MgO-Mg2TiO4复相材料抗AlF3-Na3AlF6-K3AlF6侵蚀性逐渐提高;由于添加10%(w)TiO2的材料的致密度比添加5%(w)TiO2的低,因而抗侵蚀性稍差。     

基于高岭土制备轻量微孔莫来石骨料结构与性能研究

以高岭土细粉和α-Al2O3微粉为主要原料,采用原位分解法制备轻量微孔莫来石骨料,研究了铝硅摩尔比及热处理温度对轻量微孔莫来石骨料结构与性能的影响.结果表明:经过1400～1600℃热处理后,富铝莫来石试样中除主要物相莫来石相外,还残余一定量刚玉相,接近理论莫来石组成试样及富硅试样均仅检测到莫来石相;所制备的轻量骨料孔径分布主要集中于0.1 ～4 μm范围,均具有微孔结构;随着热处理温度的升高,骨料的体积密度上升,显气孔率下降,耐压强度上升;经1500℃热处理后,富铝试样体积密度为2.49 g/cm3、显气孔率为25.6％、耐压强度为146 MPa;接近理论莫来石组成试样及富硅试样体积密度均小于1.95 g/cm3、显气孔率大于38.0％,1000℃时导热系数均小于0.77 W/(m·K).     

危废焚烧炉用Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖抗渣侵蚀性及六价铬形成研究

Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖具有较优良的抗渣侵蚀性能和力学性能,被作为内衬材料应用于危废垃圾焚烧炉.然而,危废垃圾来源广,成分复杂,其焚烧所产生的渣对砖的侵蚀程度及机理也必然不同.此外,砖中的Cr2O3在高温下可能氧化为含Cr(Ⅵ)的有害物质.为此,通过静态抗渣实验研究了四种不同组成危废灰渣对Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的侵蚀过程及机理,并通过浸出实验研究了熔渣对砖中Cr(Ⅵ)形成的影响.结果 表明:不同渣对Al2O3-Cr2O3-ZrO2砖的侵蚀程度及机理各不相同.高钙渣A侵蚀过程中,生成了高熔点的CA6、Ca2Al2SiO7和Ca2SiO4相,在一定程度上减缓了渣的侵蚀速度,砖体表现出最好的抗侵蚀性.高铁渣D侵蚀过程中生成熔点较低的CaFe2O4相,加之砖中Al2O3在Fe2O3-SiO2渣中的溶解度较高,因此高铁渣D对砖体的侵蚀程度最严重.高硅渣B和C侵蚀过程中主要生成钙铝黄长石新相,渣对砖体的侵蚀程度居中.不同的渣侵蚀后,渗透层中的Cr(Ⅵ)含量均增加,且渣的组成对Cr(Ⅵ)含量影响较大.由于CaO能显著促进Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ),高钙渣A侵蚀后,渗透层中的Cr(Ⅵ)含量最高,为84.7 mg/kg.SiO2可优先与CaO和Na2O等碱金属氧化物反应生成稳定化合物,高硅渣B和C侵蚀后,渗透层中的Cr(Ⅵ)含量较低,分别为9.9 mg/kg和13.6 mg/kg.对于高铁渣D,浸出过程会有含Cr(Ⅵ)的水化相(3CaO· Al2O3·CaCrO4·nH2O)形成,降低了Cr(Ⅵ)的浸出能力.