MgCO3微粉加入量对氧化铝空心球浇注料结构和性能的影响

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2021.05.018

耐火材料 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (5): 456-460.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2021.05.018

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MgCO₃微粉加入量对氧化铝空心球浇注料结构和性能的影响

胡书禾¹⁾(), 陈留刚²⁾, 李飞³⁾, 田学坤⁴⁾, 张阳⁴⁾, 叶国田²⁾

1) 河南科技大学高温材料研究院河南洛阳 471003
2) 郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室河南郑州 450052
3) 河南济源钢铁(集团)有限公司河南济源 454150
4) 中铝郑州有色金属研究院有限公司河南郑州 450041

收稿日期:2021-04-13 出版日期:2021-10-15 发布日期:2021-10-25
作者简介:胡书禾:男,1971年生,博士,高级工程师。E-mail: hushuhe_hust@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51972099);河南省科技厅科技攻关项目(192102210175)

Effect of MgCO₃ micro-powder addition on structure and properties of alumina bubble castables

Hu Shuhe¹⁾(), Chen Liugang²⁾, Li Fei³⁾, Tian Xuekun⁴⁾, Zhang Yang⁴⁾, Ye Guotian²⁾

1) Institute of High Temperature Materials Research,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471003,Henan,China

Received:2021-04-13 Online:2021-10-15 Published:2021-10-25

摘要/Abstract

摘要：

为了开发出低密度、高强度、易成型、保温效果好的氧化铝空心球浇注料,将MgCO₃微粉引入到氧化铝空心球浇注料基质中。采用粒度分别为5~3、3~1和1~0.2 mm的氧化铝空心球,板状刚玉细粉、氧化铝微粉和MgCO₃微粉制备了氧化铝空心球浇注料试样,研究了MgCO₃微粉加入量(w,0、1%、2%、3%、4%)对试样显微结构和性能的影响。结果表明:1)经1 500 ℃保温3 h热处理后,改变了基质中六铝酸钙(CA₆)板片状的晶体形态,生成了粒度更加细小的镁铝尖晶石(MA)和CA₆微晶共存的微晶结构,形成的MA-CA₆微晶复合体均匀分布在基质空隙内部。2)110 ℃保温24 h处理后,浇注料体积密度从1.83 g·cm^-3降低到1.58 g·cm^-3,常温抗折强度大于5 MPa;1 500 ℃保温3 h处理后,加热永久线变化率保持在0~0.5%微膨胀,体积稳定性优异;400 ℃时的热导率下降近30%。

关键词: 氧化铝空心球浇注料, MgCO₃微粉, CA₆-MA微晶

Abstract:

To develop alumina bubble castables with low density,high strength,easy molding and good thermal insulation,MgCO₃ micro-powder was introduced into their matrix.The alumina bubble castable samples were prepared using alumina bubbles with particle sizes of 5-3,3-1 and 1-0.2 mm,tabular corundum fine powder,alumina micro-powder and MgCO₃ micro-powder.The effects of the MgCO₃ micro-powder addition (0,1%,2%,3% and 4%,by mass) on the microstructure and the properties of the samples were studied.The results show that:(1)after firing at 1 500 ℃ for 3 h,the tabular crystal morphology of calcium hexaaluminate (CA₆) in the matrix is changed,a microcrystalline structure of smaller granular magnesium aluminate spinel (MA) coexisting with CA₆ microcrystalliteis formed,and the formed MA-CA₆ micro crystallite complex is uniformly distributed in the matrix pores;(2)after firing at 110 ℃ for 24 h,the bulk density of the castables decreases from 1.83 g·cm^-3 to 1.58 g·cm^-3,and the cold modulus of ruptureis over 5 MPa;after firing at 1 500 ℃ for 3 h,the sample slightly expands(0-0.5% of the permanent linear change),showing excellent volume stability;and the thermal conductivity at 400 ℃ decreases by nearly 30%.

Key words: alumina bubble castables, magnesium carbonate micro-powder, calcium hexaaluminate-magnesium aluminate microcrystallite

中图分类号:

TQ175

胡书禾, 陈留刚, 李飞, 田学坤, 张阳, 叶国田. MgCO₃微粉加入量对氧化铝空心球浇注料结构和性能的影响[J]. 耐火材料, 2021, 55(5): 456-460.

Hu Shuhe, Chen Liugang, Li Fei, Tian Xuekun, Zhang Yang, Ye Guotian. Effect of MgCO₃ micro-powder addition on structure and properties of alumina bubble castables[J]. Refractories, 2021, 55(5): 456-460.

图/表 10

表1 主要原料的化学组成

原料	w/%
原料	Fe₂O₃	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	Na₂O
氧化铝空心球	0.03		0.05	99.5		0.04
板状刚玉	0.02		0.04	99.6		0.04
纯铝酸钙水泥		28.12	0.05	69.82
氧化铝微粉	0.04		0.06	99.1		0.04
MgCO₃微粉	0.5	1.14	1.90		45.8

表2 含不同MgCO3的氧化铝空心球浇注料配方

原料		w/%
原料		QM0	QM1	QM2	QM3	QM4
氧化铝空心球	6~3 mm	15	15	15	15	15
	3~1 mm	20	20	20	20	20
	1~0.2 mm	25	25	25	25	25
板状刚玉粉	0.044 mm	23	23	23	23	23
MgCO₃微粉	<2 μm	0	1	2	3	4
氧化铝微粉	<2 μm	10	9	8	7	6
纯铝酸钙水泥	0.074 mm	7	7	7	7	7
FDN(外加)		0.3	0.3	0.3	0.3	0.3

图1 1 500 ℃保温3 h空心球浇注料试样断口的SEM照片

图2 1 500 ℃保温3 h空心球浇注料试样断口的XRD图谱

图3 1 500 ℃保温3 h处理后空心球浇注料基质的形貌照片

表3 图3(b)中各点的EDS分析结果

区域	x/%
区域	O	Al	Ca	Mg
点1	66.25	29.15	3.28	1.32
点2	55.64	31.72	4.03	8.61

图4 不同MgCO3微粉添加量对试样经不同温度处理后的体积密度和显气孔率的影响

图5 不同MgCO3微粉添加量对试样经不同温度处理后的常温抗折强度和常温耐压强度的影响

图6 不同MgCO3微粉加入量对试样经不同温度处理后的加热永久线变化率的影响

图7 MgCO3微粉加入量对经1 500 ℃保温3 h处理试样400 ℃时热导率的影响

参考文献 12

[1]	李纯明, 周宁生, 毕玉保. 采用微孔CA₆-MA骨料的Al₂O₃-CaO-MgO轻质浇注料的性能[J]. 耐火材料, 2013, 47(1):43-45.
[2]	BRAULIO M A L, RIGAUD M, BUHR A, et al. Spinel-containing alumina-based refractory castables[J]. Ceram Int, 2011, 37(6):1705-1724. DOI URL
[3]	王伟伟, 刘丽, 刘靖轩. 起始物料对CA₆-MA轻质骨料性能的影响[J]. 耐火材料, 2015, 49(4):281-284.
[4]	HU S H, YE G T, CHEN L G, et al. Effect of micro-sized MgCO₃ addition on properties of MgAl₂O₄ spinel containing castables[J]. Ceram Int, 2017, 43(13):9891-9895. DOI URL
[5]	NAKAGAWA Z, ENOMOTO N, YI I S, et al. Effect of corundum/periclase sizes on expansion behavior during synconfproc of spinel[C]// Proceedings of UNITECR’95,Kyoto,Japan, 1995:1312-1319.
[6]	BRAULIO M A L, BRANT P O C, BITTENCOURT L R M, et al. Microsilica or MgO grain size:which one mostly affects the in situ spinel refractory castable expansion?[J]. Ceram Int, 2009, 35(8):3327-3334. DOI URL
[7]	DÍAZ L A, TORRECILLAS R. Phase development and high temperature deformation in high alumina refractory castables with dolomite additions[J]. J Eur Ceram Soc, 2006, 27(1):67-72. DOI URL
[8]	DÍAZ L A, TORRECILLAS R, AZA H D A, et al. Alumina-rich refractory concretes with added spinel,periclase and dolomite:A comparative study of their microstructural evolution with temperature[J]. J Eur Ceram Soc, 2005, 25(9):1499-1506. DOI URL
[9]	DÍAZ L A, TORRECILLAS R, SIMONIN F, et al. Room temperature mechanical properties of high alumina refractory castables with spinel,periclase and dolomite additions[J]. J Eur Ceram Soc, 2008, 28(15):2853-2858. DOI URL
[10]	CHAN C F, KO Y C. Effect of CaO content on the hot strength of alumina spinel castables in the temperature range of 1 000-1 500 ℃[J]. J Am Ceram Soc, 1998, 81(11):2957-2960. DOI URL
[11]	KO Y C, CHAN C F. Effect of spinel content on the hot strength of alumina-spinel castables in the temperature range of 1 000-1 500 ℃[J]. J Am Ceram Soc, 1999, 19(15):2633-2639.
[12]	BRAULIO M A L, MILANEZ D H, SAKO E Y, et al. Expansion behavior of cement bonded alumina-magnesia refractory castables[J]. Am Ceram Soc Bull, 2007, 86(12):9201-9206.

[1]	姚路炎, 韩兵强, 张锦化, 柯昌明. Ti-Si-Fe合金添加量对Si₃N₄结合SiC材料结构与性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 277-283.
[2]	昝文宇, 马北越, 陈广鑫, 曹长坤, 李孟强. 利用低压电瓷废料和二次铝灰制备莫来石陶瓷基多孔骨料[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 302-306.
[3]	邓江, 刘学新, 李文, 张子翼, 员文杰. 氧化铝粒径和氧化锆粉外加量对氧化铝造粒粉性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 307-313.
[4]	李文凤, 申天姿, 郭会师, 曹金金, 康晓旭, 石凯, 康晓阳. 多羟基糖类结合剂对Al₂O₃-SiC-C质无水炮泥性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 314-318.
[5]	安佳瑞, 张锐, 范冰冰, 王刚, 杜鹏辉. Sm₂O₃加入量和热处理温度对CA₆-MA材料性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 319-322.
[6]	李莹, 汪涤, 赵莉, 尹艺程, 贾全利. 石墨类型对Al₂O₃-MgO浇注料性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 323-328.
[7]	凌厦厦, 相宇博, 郑翰, 吴吉光. 酚醛/环氧树脂凝胶注模成型制备反应烧结碳化硅[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 329-333.
[8]	李飞, 周辉, 杨枝超, 唐中队, 王正芳, 刘威. 不同成型方式精炼钢包包壁工作衬的蚀损机制研究[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 344-348.
[9]	李坤鹏, 闫双志, 张涛, 石鹏坤, 冯志源, 范沐旭, 王晗, 刘鹏程. 回转窑炉渣对刚玉-莫来石砖的侵蚀研究[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 349-353.
[10]	徐晓莹, 曹海洁, 魏立超, 马旭峰. 能量色散X射线荧光光谱仪在镁砂成分测定中的应用[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 354-356.
[11]	游杰刚, 赵鑫, 钱国华, 张小芳, 张国栋, 马北越. 辽南地区电熔镁砂的发展现状[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 357-361.
[12]	谭栖桐, 赵惠忠, 余俊, 张寒, 谈利强. 固废资源合成堇青石工艺及其性能研究[J]. 耐火材料, 2024, 58(3): 185-189.
[13]	王昕悦, 许晴, 朱欣欣, 周瑞琪, 段红娟, 张海军, 李少平. 固相反应合成MgAl₂O₄多孔纤维的研究[J]. 耐火材料, 2024, 58(3): 190-194.
[14]	程旭, 邓承继, 董博, 邹起良, 丁军, 王周福, 朱万政, 肖语嫣, 祝洪喜, 余超. Y₂O₃对氧化物结合Ti(C,N)复合材料性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(3): 195-198.
[15]	刘中飞, 吴锋, 李心慰, 梁效诚, 罗旭东, 钱国华. CaO对MgAl₂O₄材料和ZrO₂-MgAl₂O₄材料侵蚀机制研究[J]. 耐火材料, 2024, 58(3): 199-203.

MgCO₃微粉加入量对氧化铝空心球浇注料结构和性能的影响

Effect of MgCO₃ micro-powder addition on structure and properties of alumina bubble castables

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