黄忍, 李可琢, 解厚波, 高瑞鸿, 黄仲, 张海军, 张少伟

2022, (4): 277-282. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.001

镁钙质耐火材料具有净化钢液、耐火度高、抗热震性好以及在碱性渣中的抗腐蚀性能高等优点,被广泛用于钢铁冶炼行业。然而镁钙质耐火材料在制造、储存和使用过程中会发生MgO和CaO的水化,严重制约了镁钙质耐火材料的应用与发展。综述了镁钙质耐火材料的特点及其水化机制,从烧结致密法、表面处理法及密封包装法三个方面总结了目前镁钙质耐火材料抗水化的研究现状及存在的问题,同时也展望了镁钙质耐火材料抗水化技术的发展方向与研究重点。

钢包透气砖的发展及其典型复合结构的损毁分析

陈卢, 许远超, 郭鹏, 张晖, 魏昌晟, 贾庆伟

2022, (4): 283-288. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.002

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简要回顾了钢包透气砖材质更替和结构演变历程,列举了单一结构透气砖的性能缺陷。根据主要气道结构类型,将复合结构透气砖划分为弥散型、芯板型和陶瓷管型三大类,分析了各类复合透气砖的结构特征、性能特点和冶金功效。通过剖析服役后下线残砖,揭示了复合透气砖的典型损毁机制:钢液钢渣渗入弥散透气砖后堵塞贯通气孔,渗钢层被高压冲刷或氧枪烧蚀是弥散型复合透气砖的首要损毁机制;钢渣中CaO渗入刚玉-莫来石质芯板的基质中,与莫来石反应生成低熔点相,在氧枪冲蚀下逐渐蚀损,加速了芯板型复合透气砖的损毁;浇注本体的抗热震性差,频繁热冲击时砖体横向断裂,或者直通管渗钢,导致底吹失效或流量减小,是陶瓷管型复合透气砖的主要损毁机制。

造孔剂对微孔莫来石骨料性能的影响

金智商, 单峙霖, 赵惠忠, 余俊, 张寒

2022, (4): 289-293. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.003

摘要 ( ) PDF (2755KB)( )

以铝矾土矿为原料,以玉米淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯微球或稻壳粉为造孔剂,采用干压成型后经1 700 ℃保温3 h制备了微孔莫来石骨料。用XRD、SEM借助Image-Pro Plus软件分析了造孔剂种类和添加量(质量分数分别为0、5%、10%、15%、20%)对微孔莫来石骨料性能的影响。结果表明:添加10%(w)稻壳粉的莫来石骨料的综合性能最佳,其闭气孔率为5.6%,体积密度为2.63 g·cm^-3,耐压强度为148 MPa,中值孔径为 15.16 μm,500 ℃时的热导率为2.30 W·m^-1·K^-1。

镁铝尖晶石种类对尖晶石-方镁石复相材料烧结性能的影响

郑培毓, 张玲, 李人骏, 陈露

2022, (4): 294-298. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.004

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分别以3种尖晶石(富镁尖晶石、富铝尖晶石、矾土基富镁尖晶石)与烧结镁砂为主要原料,添加少量硅灰,经1 550 ℃保温3 h热处理后制备了尖晶石-方镁石质试样,并研究了不同种类的尖晶石对尖晶石-方镁石试样烧结性能的影响。结果表明:在富镁尖晶石与烧结镁砂的烧结反应过程中,尖晶石相与方镁石相之间生成了高熔点镁橄榄石相,起桥接作用,提高了试样的结合强度;富铝尖晶石与烧结镁砂的烧结伴随着二次尖晶石的生成,产生了的体积膨胀与烧结收缩相互抵消,线收缩率小,且二次尖晶石的生成产生了柯肯达尔效应,导致试样中存在大量连通的狭长状柯肯达尔空隙,使试样烧结不致密,强度较低;与富镁尖晶石相比,矾土基富镁尖晶石中含有少量杂质,会在反应过程中充当促烧结剂,使得尖晶石-方镁石试样烧结的更加致密。

硅石原料特性及相变行为研究

毛胜孝, 贾正刚, 李兵, 员文杰

2022, (4): 299-303. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.005

摘要 ( ) PDF (2421KB)( )

将3种不同产地的硅石原料破碎、研磨、成型后制备了硅石试样,经烘干后,再分别在1 350、1 450和1 550 ℃保温2 h,对硅石粉体的红外光谱、粒度分布和显微结构,以及烧后试样的物相组成、真密度和线变化进行了研究。结果表明:1)不同产地的硅石晶粒大小分布不均,既有十几微米的细小晶粒,也存在上百微米的粗大晶粒;2)在相同的破碎和磨粉工艺下,平均晶粒小的硅石研磨后粒度较小,呈双峰分布,平均晶粒大的硅石粒度较大,呈多峰分布;3)硅石的相变速度受杂质含量和晶粒度的共同影响。结晶硅石的相变转化速度相对较快。

低温燃烧合成MgAl₂O₄多孔陶瓷及其性能研究

朴佳思, 杜庆洋, 白佳海

2022, (4): 304-308. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.006

摘要 ( ) PDF (1753KB)( )

为降低MgAl₂O₄的合成温度,减少能耗,以硝酸铝、硝酸镁和硝酸铵作为氧化剂,甘氨酸、尿素(CH₄N₂O)作为还原剂,乙二胺四乙酸(EDTA)为燃料,低温燃烧合成MgAl₂O₄粉体,并分别用该粉体和800 ℃处理后粉体制备了MgAl₂O₄多孔陶瓷。研究了EDTA加入量(分别为还原剂物质的量的0、2.5%、5%、7.5%)对MgAl₂O₄粉体及其多孔陶瓷性能的影响。结果表明:1)随EDTA加入量的增大,MgAl₂O₄粉体的烧失率增加,比表面积显著增大;2)随EDTA加入量的增大,MgAl₂O₄多孔陶瓷的吸水率和显气孔率显著降低,体积密度明显增加,MgAl₂O₄晶粒尺寸有所减小;3)与800 ℃处理后MgAl₂O₄粉体相比,用未处理的合成MgAl₂O₄粉体制备的多孔陶瓷的吸水率和显气孔率相对较高,显微结构较均匀;4)当EDTA加入量为还原剂的2.5%(x)时,以未处理的合成MgAl₂O₄粉体制备的多孔陶瓷的吸水率为23.8%,显气孔率为46.9%,体积密度为1.9 g·cm^-3,显微结构较均匀。

Si粉对刚玉-莫来石砖性能的影响

马淑龙, 王治峰, 马飞, 康剑, 张积礼, 高长贺

2022, (4): 309-311. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.007

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以棕刚玉、α-Al₂O₃粉、红柱石粉、广西白泥等为原料制备了刚玉-莫来石砖。为了提高刚玉-莫来石砖的抗渣铁侵蚀和冲刷,引入2%(w)的Si粉,对比分析了Si粉引入前后试样的性能。结果表明,与未引入Si粉的刚玉-莫来石试样相比,引入Si粉的试样气孔均匀细小,显气孔率从15.8%降至13.5%,常温耐压强度明显提高,高温抗折强度提高了5.6倍,高温韧性与抗渣铁侵蚀、渗透性明显改善。

水蒸气压力对两种SiC质耐火材料氧化速度的影响

罗天, 王文武, 牛世程, 郭文辉

2022, (4): 312-314. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.008

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为改进SiC质耐火材料的抗氧化性测试方法,节省测试时间,研究了Si₃N₄-SiC、Si₂N₂O/Si₃N₄-SiC两种SiC质耐火材料在1 000 ℃不同水蒸气压力(分别为0.10、0.11、0.13、0.15、0.17、0.19 MPa)下氧化不同时间(分别为20和40 h)后的氧化量,检测了氧化前后试样的质量和显气孔率,通过数理统计方法分析了质量变化率与水蒸气压力的数学关系。结果表明:Si₃N₄-SiC和Si₂N₂O/Si₃N₄-SiC质耐火材料在1 000 ℃水蒸气中的氧化速度随水蒸气压力的提高而增大;在氧化20和40 h后,其质量变化率的二次方与水蒸气压力具有高度显著的线性关系,表明它们的氧化基本遵循经典的抛物线动力学方程。

ZrO₂隔离层对铝酸镧基高发射率涂层物相组成和显微结构的影响

张一帆, 王刚, 王曲, 张琪, 王来稳, 黄振武, 张雷

2022, (4): 315-319. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.009

摘要 ( ) PDF (2347KB)( )

为了探究ZrO₂隔离层对铝酸镧基高发射率涂层物相组成和显微结构的影响,以纯度(w)均为99%的La₂O₃、Al₂O₃、CaCO₃和Fe₂O₃为原料,按照La_0.8Ca_0.2Al_0.8Fe_0.2O₃的化学计量比,利用固相烧结法制备出Ca²⁺、Fe³⁺掺杂的铝酸镧(LaAlO₃)粉体。将LaAlO₃粉体作为高发射率红外陶瓷粉体辐射剂,再以不同粒度的ZrO₂涂层为隔离层,制备出了LaAlO₃与ZrO₂复合的涂层(LCAFO/ZrO₂),并将其与单LCAFO(LaAlO₃)涂层分别涂覆在工业窑炉炉衬用Al₂O₃空心球砖表面。采用XRD、SEM等方法对涂层进行分析。结果表明:LCAFO涂层与Al₂O₃空心球砖在1 200 ℃时不反应,1 400 ℃时反应生成LaAl₁₁O₁₈,1 600 ℃时,二者反应更加充分;反应层LaAl₁₁O₁₈的厚度随温度的升高逐渐增加。当ZrO₂隔离层涂覆于LCAFO层和Al₂O₃空心球砖之间时,复合涂层煅烧至 1 400 ℃时,无LaAl₁₁O₁₈相生成,无反应层出现。

催化剂对Al₂O₃-SiC-C浇注料显微结构和性能的影响

程翠丽, 赵子尖, 任世怡, 李磊, 陈平安, 李享成, 朱伯铨

2022, (4): 320-324. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.010

摘要 ( ) PDF (2048KB)( )

以球磨法制备La₂O₃掺杂Ni,并以此为催化剂,以板状刚玉、SiC粉、球状沥青、α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉、Al-Si合金粉和铝酸钙水泥为主要原料,制备了Al₂O₃-SiC-C浇注料试样。研究了催化剂和热处理温度(500、700、900、1 100和1 450 ℃分别保温3 h)对试样显微结构和性能的影响。结果表明,球磨后Ni的XRD衍射峰强度明显降低,角度产生偏移,表明La固溶到Ni中,Ni的晶格产生畸变;随着热处理温度升高,添加催化剂的试样中一维相(CNTs和SiC晶须)和二维相(钙铝黄长石)逐渐增多,抗折强度和耐压强度分别达到极大值。因此,添加La₂O₃掺杂Ni催化剂可以明显增加浇注料中一维和二维增强相的生成量,提高浇注料试样的强度。

B₄C加入量对硅溶胶结合莫来石-刚玉浇注料性能的影响

蔡玮, 陈金凤, 鞠茂奇, 丛培源

2022, (4): 325-328. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.011

摘要 ( ) PDF (1358KB)( )

以烧结莫来石、α-Al₂O₃微粉、板状刚玉和进口蓝晶石为原料,以硅溶胶为结合剂,添加不同质量分数的B₄C(分别为0、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%),于1 450 ℃保温3 h热处理后制备了莫来石-刚玉浇注料试样,研究了B₄C外加量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响。结果表明:随着B₄C加入量的增加,试样在1 450 ℃热处理条件下的膨胀量先减小后增大,体积密度变化较小,显气孔率逐渐降低,常温强度有所提高,高温抗折强度提升显著,抗热震性能先升高后降低。B₄C加入试样后促进富硼液相的生成,Al₂O₃和SiO₂的晶粒被富硼液相润湿,使晶粒界面具有小的形核势垒,高的形核速率和高的移动速率,有利于莫来石相的生长,产生体积膨胀,形成一定量的微裂纹,提高了试样的抗热震性能。综合考虑,B₄C的最佳加入量为4%(w)。

固含量对发泡法-凝胶注模制备六铝酸钙轻质材料性能和显微结构的影响

曹易敏, 魏耀武, 孙华云, 周辉

2022, (4): 329-333. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.012

摘要 ( ) PDF (3018KB)( )

为研究浆体固含量对六铝酸钙轻质材料性能的影响,以d₅₀=1.9 μm的α-Al₂O₃和d₅₀=4.3 μm的Ca(OH)₂为原料,通过发泡法-凝胶注模工艺制备六铝酸钙轻质材料,研究了浆体中固含量(φ,分别为50%、52.5%、55%、57.5%、60%)对烧后试样物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明:通过发泡法-凝胶注模工艺制备的试样在高温处理后,试样中片状六铝酸钙晶体相互交织形成大量孔径小于5 μm的微孔,此类微孔占总气孔数量的50%以上。在本研究中,当浆体中固含量为57.5%(φ)时,六铝酸钙轻质材料性能最佳,其常温耐压强度达9.4 MPa。

硅基原料对MgO-Al-C材料性能和显微结构的影响

韩晓源, 石凯, 夏熠, 王培训, 刘洋, 商剑钊

2022, (4): 334-338. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.013

摘要 ( ) PDF (2683KB)( )

为改善MgO-Al-C材料的抗热震性,引入单质硅、熔融石英、碳化硅等3种低膨胀系数的硅基原料,借助XRD和SEM研究其对MgO-Al-C材料性能的影响。结果表明:1)高温下Si转化为SiC、SiO₂,SiO₂再与镁砂生成镁橄榄石,可提高材料的高温强度、抗热震性及抗氧化性;2)熔融石英可明显提高材料的抗热震性,但熔融石英高温软化、晶型转变,不利于材料的高温强度及抗氧化性;3)加入SiC可提高材料的抗热震性、高温强度及抗氧化性,当SiC加入量超过10%(w)时,由于热失配材料内存在较多微裂纹,影响其抗热震性及抗氧化性。

氧化锆添加量对镁质材料性能的影响

高永军, 吴锋, 李心慰, 苏玉玺, 冯雨罗旭东, 陈卫敏, 王琼

2022, (4): 339-341. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.014

摘要 ( ) PDF (1250KB)( )

将岫岩二级菱镁矿在900 ℃保温3 h制成≤0.074 mm的轻烧氧化镁粉,再加入不同量(质量分数分别为0、4%、8%、12%、16%)的脱硅锆,经研磨混合、成型、烘干后,分别在1 500、1 600、1 700 ℃保温3 h煅烧,检测烧后试样的体积密度、相对密度、常温耐压强度、抗热震性,并分析试样的物相组成和显微结构。结果表明:随着脱硅锆添加量的增加,烧后试样的相对密度、常温耐压强度和抗热震性基本上都呈先增大后减小的变化趋势,在添加8%(w)脱硅锆时达到最大;添加8%(w)的脱硅锆,在1 700 ℃保温3 h烧结,所得材料的相对密度达到86.21%,常温耐压强度为201 MPa,抗热震性达到6次。

SiO₂粒度和反应温度对熔盐法合成莫来石晶须的影响

苏玉玺, 李心慰, 吴锋, 高永军, 罗旭东, 冯雨, 陈卫敏

2022, (4): 342-345. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.015

摘要 ( ) PDF (2599KB)( )

为了研究SiO₂原料粒度和反应温度对熔盐法合成莫来石晶须的影响,以Al₂(SO₄)₃·18H₂O和d₅₀分别为80.25、45.16、0.91、0.02 μm的SiO₂为原料,以Na₂SO₄为熔盐介质,分别在800、900、1 000、1 100 ℃保温3 h后,经蒸馏水浸泡、抽滤、洗涤、烘干制成莫来石晶须试样,分析了莫来石晶须试样的物相组成和显微结构。结果表明:最佳制备条件为采用d₅₀=0.02 μm的SiO₂,制备温度为900 ℃;所制备的莫来石晶须结晶良好,纯度较高,长径比较大。

钢包扩容的结构模拟与应用实践中存在的问题探讨

徐国涛, 张美杰, 吴杰, 孔勇江, 秦世民王志强, 肖同达, 张洪雷

2022, (4): 346-350. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.016

摘要 ( ) PDF (3065KB)( )

分别对永久层、工作层减薄的钢包扩容方案进行了数值模拟分析,对其温度场变化规律进行了探讨。永久层减薄后钢包散热损失增加,对包壁工作层耐火材料的温度场和渣侵蚀影响不大。工作层、永久层同时减薄后包壁区域工作层温度变化不大,对寿命无显著影响;渣线区域接钢阶段温度升高,渣侵蚀加剧;冷却阶段温度变化梯度大,热震加剧,易剥落。进行钢包扩容时,为兼顾散热与钢包衬寿命,永久层与工作层包壁预制砖厚度各减少30 mm,渣线镁碳砖采用小修、中修、及时维护以达到大修周期。工业试验结果表明:试验钢包扩容后,平均装入钢水量由200 t提高至218 t;在大废钢比的冶炼要求下,钢包中钢水装入量可达220 t。

几种碳化硅耐火材料在高温水蒸气中的抗氧化性能比较

王佳平, 朱冲, 吴吉光, 黄志刚, 吕春江

2022, (4): 351-355. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.017

摘要 ( ) PDF (3501KB)( )

对Si₃N₄-SiC砖、国产Si₃N₄-Si₂N₂O-SiC砖、国外Si₃N₄-Si₂N₂O-SiC砖、SiAlON-SiC砖、氧化物结合SiC砖、自结合SiC砖、SiC浇注料等碳化硅耐火材料在1 000 ℃、32 kg·m^-3·h^-1水蒸气条件下分别保持100、200、300、400和500 h进行氧化试验,检测试样氧化前后的质量、体积、体积密度和显气孔率,并进行XRD和SEM分析。结果表明:1)在1 000 ℃、32 kg·m^-3·h^-1水蒸气条件下,随着氧化时间从0增加至500 h,几种碳化硅耐火材料的体积和质量均呈增大趋势,体积密度呈减小趋势;氧化物结合SiC砖和SiC浇注料的显气孔率呈增大趋势,Si₃N₄-SiC砖、SiAlON-SiC砖和自结合SiC砖的显气孔率呈先减小后增大的变化趋势,Si₃N₄-Si₂N₂O-SiC砖的显气孔率呈减小趋势或呈先减小后增大的变化趋势。2)就化学-物相组成基本上相同的国产Si₃N₄-Si₂N₂O-SiC砖(SNO-1)和国外Si₃N₄-Si₂N₂O-SiC砖(SNO-2)而言,在200~500 h段氧化相同时间后,SNO-2的质量变化率均小于SNO-1的,表明SNO-2的抗高温水蒸气氧化性能优于SNO-1的。

钢包耐火材料长寿化的工艺探索

黄东平, 张彦恒, 杨晓东, 白宏宇

2022, (4): 356-360. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.018

摘要 ( ) PDF (1809KB)( )

分析了影响钢包寿命的主要因素,包括材质、砌筑方式、炉渣成分、精炼工艺、盛钢时间及温度控制等,讨论了这些因素对钢包寿命的影响,总结了钢包包底砌筑方式的优化,钢包砖、渣线和座砖材质的改进,以及精炼造渣工艺的改进等。至此,与2015年相比,钢包大修寿命从102次提升到现在的201次,钢包小修寿命从51次提升到现在的100次,包壁砖的平均侵蚀速率从每次1.47 mm降低至现在的0.67 mm,渣线的平均侵蚀速率从每次3.27 mm降低至现在的1.75 mm,实现了钢包耐火材料的长寿化。

中间包修砌质量的工艺优化与应用

张文祥, 王子然, 刘善喜, 武晓阳

2022, (4): 361-363. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.019

摘要 ( ) PDF (1263KB)( )

为了进一步提高中间包修砌质量,规范了中间包工作层干式料的布料操作,优化了包胎振动和烘烤工艺,设计修砌中间包专用水口泡沫塞,保证水口形状规则,使中间包修砌质量显著提高。中间包修砌合格率由92.5%提高到99.6%,降低了生产成本,达到连铸生产高效化,提高了中间包的使用安全性。

耐火材料高温力学性能综合测定仪的研制及实验教学应用

尹玉成, 朱青友, 周双清, 夏忠锋, 李亦韦, 刘志强

2022, (4): 364-368. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2022.04.020

摘要 ( ) PDF (2176KB)( )

为了开展耐火材料高温力学性能的综合性实验教学,提升耐火材料高温力学性能实验教学效果,通过集成不同加载和加热技术、设计开放炉体结构、开发友好测控系统,研制了耐火材料高温力学性能综合测定仪。该仪器加热速率高达200 ℃·min^-1,最高试验温度达1 800 ℃,可实现高温耐压强度、高温抗拉强度和高温抗扭强度等高温力学参数的一站式测定。实验教学应用表明:该设备以其教学过程可视化、结果展示形象化和功能集成化等特点,显著调动了学生动手实践和思考问题的积极性,强化了学生理论知识的理解与掌握,实验教学效果提升明显。

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