硅溶胶结合刚玉-碳化硅质浇注料的性能及其热修补应用

为了提高出铁口耐火材料的应用性能,以致密刚玉和碳化硅为骨料,白刚玉粉、活性α-Al2O3微粉及碳化硅粉为细粉,硅溶胶为结合剂,研制了硅溶胶结合刚玉-碳化硅质浇注料。通过性能检测表明:该浇注料经中高温处理后具有较高的强度(经810℃3 h和1 400℃3 h处理后的抗折强度和耐压强度分别达到10.0和80.0MPa以上),良好的抗渣侵蚀性和抗热震性(烘干后70 mm×70 mm×70 mm样块经1 100℃水冷热震>100次);通过在高炉出铁口泥套处的成功热修补应用表明:该浇注料具有较好的高温施工性能和可快速烘烤性,有效地简化了干燥和烘烤工艺,缩短了高炉休风时间,从而提高高炉生产效率。     

硅溶胶结合碳化硅质浇注料的研制及其热修应用

以98碳化硅(粒径为3～5 mm、1～3 mm及0～1 mm)为骨料,以98碳化硅粉(≤0.043 mm),活性α-Al2 O3微粉为细粉;研制了采用硅溶胶作结合剂的碳化硅质浇注料.该浇注料具有较高的中温和高温强度,实验测得经800℃×3h和1400℃×3h处理后的其试样抗折强度和耐压强度都分别达到了15.0 MPa和80.0 MPa以上;试样具有良好的抗渣侵蚀性、热震稳定性(采用1100℃(≒)水冷抗热震循环实验＞ 100次),和较好的导热性能,实验测得110℃导热系数为26.81 W/m·K,200℃导热系数为23.42 W/m·K,500℃导热系数为21.75W/m·K,1000℃导热系数为18.91 W/m · K;同时该浇注料还具有较好的高温施工性能和可快速烘烤性,有效的简化了干燥和烘烤工艺,缩短了高炉的休整时间,提高了高炉生产效率.     

不同种类莫来石对碳化硅质浇注料性能的影响

采用不同种类烧结莫来石、碳化硅、SiO2微粉、Secar71水泥和p-Al2O3为主要原料,制备了不同种类莫来石-碳化硅浇注料,研究了浇注料的常温物理性能、高温抗折强度、抗热震性能、耐磨性能和抗碱性能,并借助SEM和EDS进行了显微结构和微区能谱分析.结果表明:富SiO2玻璃相促进试样的烧结,使得加入M45试样的显气孔率最小,强度最大,加入M60试样的显气孔率最大,强度较小;加入M45试样的高温抗折强度、抗热震性能最差,加入M60试样的高温抗折强度、抗热震性能最好;随着莫来石中Al2O3含量的增加,试样的常温耐磨性能逐渐变好,抗碱性能逐渐变差.     

硅溶胶结合浇注料的特性及工业应用

以致密刚玉和莫来石为骨料,白刚玉粉、矾土粉及α-Al2 O3(≤0.043 mm)微粉为细粉,研制了采用硅溶胶及复合外加剂作结合剂的耐火浇注料,该浇注料制成的试样分别经800℃×3h、1100℃×3h和1400℃×3h热处理后,检测各试样相应的理化指标.结果表明:硅溶胶结合浇注料经1100℃×3h处理后的抗折强度和耐压强度分别达到14.6 MPa和122.4 MPa;经1100℃水冷热震性能测试达到100次以上,在热震测试100次后,试样基本没有出现裂纹,测试其耐压强度损失率仅为18.7％;同时该浇注料还可进行快速烘烤和良好的高温施工性能,简化了干燥和烘烤工艺,有效的缩短了施工养护时间、烘烤时间和钢厂高炉的休风时间,从而提高钢厂经济效益.     

尖晶石加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉、尖晶石、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥为原料,研究了尖晶石加入量(质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%、15%、18%)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,试样的高温抗折强度和抗渣性能均逐渐改善;试样的抗热震性呈先下降后上升趋势,以尖晶石加入质量分数为9%时最差;试样1 550℃3 h处理后的冷态强度呈先上升后下降的趋势,以尖晶石加入质量分数为9%时最大。     

锆英石加入量对莫来石-碳化硅浇注料性能的影响

采用烧结莫来石(5～3、3～1、≤0.088 mm)、碳化硅(3～1、1～0.5、≤0.5 mm)、锆英石细粉、SiO2微粉、Secar 71水泥和ρ-Al2O3细粉为主要原料,分别研究了锆英石加入量(w)为3%、6%、9%和12%时,对莫来石-碳化硅浇注料性能的影响。结果表明:1)随着锆英石加入量的增加,试样的线收缩率减小,体积密度变大,1 200℃热处理后强度稍有降低,1 500℃埋炭热处理后强度先增大后减小;2)加入锆英石并不能改善莫来石-碳化硅浇注料的抗热震性能;3)加入锆英石可以改善试样的耐磨性能,以质量分数6%为最好。     

硅溶胶对刚玉浇注料性能的影响

以5～8、3～5、1～3及≤1 mm的电熔刚玉为骨料,致密刚玉粉(≤0.074 mm)、白刚玉粉(≤0.043mm)及α-Al2O3微粉为细粉,矾土水泥和硅溶胶为结合剂,按骨料、粉料质量比为64∶36配料制成试样,自然养护后于110℃24 h烘干,然后分别于815℃3 h、1 100℃3 h和1 400℃3 h热处理。对处理后试样进行了常温抗折强度、耐压强度、体积密度、线变化率和抗热震性能的检测及显微结构分析。结果表明:硅溶胶结合浇注料于1 100℃3 h处理后的抗折强度和耐压强度分别达到27.1和178 MPa,远高于相同温度下水泥结合浇注料的;硅溶胶结合浇注料在20～1 100℃水冷热震循坏100次后基本没有出现裂纹,其耐压强度损失率仅为24.4%,而水泥结合的浇注料热震循坏49次后就完全开裂。     

加入纳米碳酸钙对刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响

以烧结刚玉为骨料,电熔白刚玉粉、电熔尖晶石粉、α-Al2O3微粉、纳米碳酸钙以及水合氧化铝为基质,研究了纳米碳酸钙加入量(质量分数分别为0.4％、0.8％、1.2％、1.6％、2.0％)对刚玉-尖晶石质浇注料经不同温度处理后抗折强度、抗热震性和抗渣性的影响.结果表明:加入的纳米碳酸钙在高温下分解,并原位生成铝酸钙系矿物,能明显提高浇注料在800～1400 ℃处理后的常温和热态抗折强度;加入纳米碳酸钙能明显提高浇注料的抗热震性能,对浇注料抗高碱度渣性能的影响较小,但明显降低了其抗低碱度渣的侵蚀性和渗透性.     

硅溶胶结合刚玉-莫来石快干浇注料的性能与应用

对比测试了常温浇注成型及在模拟热态修补条件下浇注成型的硅溶胶结合刚玉-莫来石快干浇注料分别在815、1 100和1 400℃保温3 h热处理后的常温抗折强度、常温耐压强度、体积密度和加热永久线变化以及常温浇注成型的硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料和矾土水泥结合刚玉质浇注料的抗热震性,并在钢厂对硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料进行了现场应用试验。结果表明:硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料的烘干强度与普通低水泥刚玉质浇注料的相当,815和1 100℃热处理后强度比烘干强度高;硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料热震循坏(1 100℃,水冷)100次后基本上没有出现裂纹,其耐压强度损失率仅为18.7%;在模拟热态条件下成型的硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料的性能与常温浇注成型的相当。在现场应用试验中,硅溶胶结合刚玉-莫来石浇注料的脱模时间和烘炉时间大大缩短,并且可以热态浇注,具有良好的使用性能。     

锆莫来石加入量对刚玉质耐火浇注料抗热震性的影响

以电熔刚玉、锆莫来石、α-Al2O3微粉为主要原料,以铝酸钙水泥为结合剂,制备了刚玉质耐火浇注料.研究了锆莫来石加入量(质量分数分别为0、3％、6％、9％)对刚玉质耐火浇注料物理性能、物相组成和显微结构的影响.结果表明:随着锆莫来石加入量的增加,110℃×24 h烘干后试样体积密度呈先增大后减小,显气孔率呈先减小后增大趋势,常温抗折强度变化不大;1600℃×3h处理后耐火浇注料试样体积密度和常温抗折强度呈先增大后减小的趋势,1500℃×0.5 h高温抗折强度呈明显下降趋势.锆莫来石的引入对刚玉质耐火浇注料的抗热震性有所提高.综合各项性能,认为锆莫来石的最佳加入质量分数为3％.     

结合剂对碳化硅浇注料碳化后性能的影响

硅溶胶结合体系可以显著提高碳化硅基浇注料碳化后的热态强度。本试验利用原位反应的机理,在一定粒度级配的碳化硅颗粒中加入硅粉、硅微粉和不同的结合剂为原料,振动成型,然后经过1450℃(3h)埋炭热处理。初步研究了不同品质的结合剂(硅溶胶、铝酸钙水泥)对碳化硅基浇注料碳化后的性能,尤其是热态强度的影响。结果表明:加入少量的炭黑有助于硅溶胶结合碳化硅浇注料的高温抗折强度和热震稳定性的提高,但加入少量的炭黑对碳化反应没有明显的影响。     

不同种类再生刚玉对刚玉浇注料性能的影响

分别以板状刚玉、钢包再生刚玉、精炼炉再生刚玉为骨料,以板刚玉(≤0.074 mm)α-Al2O3微粉(D50=1.8 μm)、纯铝酸钙水泥及外加剂等原料为基质制作刚玉浇注料,研究了不同种类再生刚玉对刚玉浇注料性能指标的影响.结果表明:钢包再生刚玉及精炼炉再生刚玉的加入,导致刚玉浇注料的气孔率增大,体积密度、常温强度减小,抗渣性下降等.     

氮化硅陶瓷的热等静压处理与抗热震性能研究

以氮化硅喷雾造粒粉为原料,通过高温常压烧结及热等静压处理烧坯两种制备方法获得的氮化硅陶瓷材料,进行了陶瓷显微组织结构、热导率与抗热震性能研究.结果表明热等静压处理能够消除烧结体的残余孔隙,有利于提高陶瓷的强度、热导率和抗热震性能.     

红柱石及其引入方式对铝硅质浇注料性能的影响

为充分发挥红柱石在铝硅质浇注料中的优异性能,分别以特级矾土、棕刚玉为主要原料配以红柱石制备铝硅质浇注料.检测试样在不同温度下的抗折强度及体积密度、显气孔率及线膨胀率,并对烧后试样的物相组成及显微结构进行表征,以研究红柱石及其引入方式对不同配置的铝硅质浇注料性能的影响.研究结果表明:红柱石以细粉形式引入的铝硅质浇注料,在高温下莫来石反应及二次莫来石化较为充分,试样体积密度、高温抗折强度相对较高,线膨胀率相对较低;相比棕刚玉配置的浇注料,红柱石对矾土配置浇注料性能的改善更为明显,红柱石分解及二次莫来石化相对较为容易,产生的莫来石将矾土熟料紧密连接,有效改善试样的物理性能.     

结合体系对氮化后碳化硅基浇注料冷/热态强度的影响

本工作研究了二氧化硅微粉+铝酸钙水泥(MS+ CAC),二氧化硅微粉+水合氧化铝(MS+ HA),二氧化硅溶胶三种不同结合体系对添加9％硅粉的碳化硅基浇注料1420℃氮化后的冷态耐压强度,冷态和800～1400℃热态抗折强度的影响,应用SEM,XRD和EDAX,分析了不同试样中的物相及显微结构.结果表明,无水泥的结合体系结合的试样氮化后由于基质不含玻璃相,因而高温下更稳定,原位形成的氮化物呈网络状,使1200℃以上强度保持率高;含水泥的结合体系结合的试样基质中有CAS2相,形成的氮化物为粒状或柱状,使热态强度降低显著.     

Role of the Interfacial Thermal Barrier in the Effective Thermal Diffusivity/Conductivity of SiC-Fiber-Reinforced Reaction-Bonded Silicon Nitride

Experimental thermal diffusivity data transverse to the fiber direction for composites composed of a reaction bonded silicon nitride matrix reinforced with uniaxially aligned carbon-coated silicon carbide fibers indicate the existence of a significant thermal barrier at the matrix-fiber interface. Calculations of the interfacial thermal conductances indicate that at 300°C and 1-atm N₂, more than 90% of the heat conduction across the interface occurs by gaseous conduction. The magnitude of the interfacial conductance is decreased significantly under vacuum or by removal of the carbon surface layer from the fibers by selective oxidation. Good agreement is obtained between thermal conductance values for the oxidized composite at 1 atm calculated from the thermal conductivity of the N₂ gas and those inferred from the data for the effective composite thermal conductivity.     

蓝晶石含量对球形45莫来石轻骨料浇注料显微结构及性能的影响

为改善含球形45莫来石轻骨料浇注料的体积稳定性和显微结构,引入了不同含量的蓝晶石(w=8%、10%、12%、14%、16%).采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜等对1300℃保温3 h煅烧后试样的物相组成、显微结构与性能进行了表征.研究发现:随着蓝晶石含量的增加,1300 ℃煅烧后试样的强度显著降低,线变化率由-0.87%逐渐增加至0.64%,骨料基质结合程度先变好后变差.综合考虑各项性能,含12%蓝晶石的试样综合性能最优:1.73 g/cm3的体积密度,36.8%的显气孔率,29.3 MPa的耐压强度,0.18%的线变化率,0.58 W/(m· K)的导热系数(800 ℃)和1339 ℃(T0.6)的荷重软化温度.     

Fluid Dynamics and Thermal Aspects of the Dewatering of High-Alumina Refractory Castables: Removal of Physically Absorbed Water

This article reports on an experimental investigation of the dewatering process of cement-free high-alumina refractory castables. Simultaneous fluid dynamic, thermal, and mass loss effects were investigated during the removal of physically absorbed water at temperatures of 25° to 700°C. The release of steam was decisively affected by the castable's permeability level and the heating rate applied. The analysis of fluid dynamics revealed that at 1°C/min, the main bulk of physical water was released as steam under saturated conditions at 100°C. However, at 5°C/min, steam was trapped within the pores, and water loss was chaotically released and shifted to higher temperatures. Thermal analysis showed that the endothermic boiling of water may result in a critical thermal shock in the castable's structure. Both steam entrapment and thermal shock were more severe with the reduction in the castable's permeability level.