张永治, 张涛, 谭清华, 杨文刚, 宋艳, 魏昌晟

2023, (1): 1-5. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.001

为了解决烧成过程中致密铬盖板砖坯的内裂、表面开裂和断裂等问题,模拟了致密铬产品的烧成工艺过程,测试了氧化铬坯体致密化前后特殊温度点的各项性能参数,采用有限元模拟软件分析了升、降温速率分别为10、20、30和40 ℃·h^-1时氧化铬砖坯的温度差和应力差。结果表明:较大的温度差和热应力差是引起砖坯开裂、内裂或断裂的主要原因;合适的升温速率可减少或避免砖坯内裂的产生,1 450 ℃前和1 450 ℃后升温速率分别为30和10 ℃·h^-1时,坯体内的温度差和热应力差分别在4 ℃和4 MPa以下,烧成后砖坯无内裂;降温初期是砖坯开裂或断裂的关键阶段,1 450 ℃前,降温速率小于20 ℃·h^-1时,砖坯内的热应力小于4 MPa,可显著降低砖坯的开裂和断裂。

ZrO₂加入量对铝酸镧基高发射率涂层材料的影响

张一帆, 王曲, 王刚, 卢珂珂, 张琪

2023, (1): 6-9. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.002

摘要 ( ) PDF (1963KB)( )

为了提高铝酸镧基高发射率涂层的抗烧结性,以纯度(w)均为99%的La₂O₃、Al₂O₃、CaCO₃、Fe₂O₃为原料,外加(加入质量分数分别为0、5%、10%和15%)Y₂O₃稳定电熔ZrO₂,球磨、预烧、压制成型后利用固相烧结法经 1 600 ℃保温2 h制备出Ca²⁺-Fe³⁺掺杂的LaAlO₃/ZrO₂试样,研究了ZrO₂加入量对其性能的影响。结果表明:添加剂ZrO₂不与LaAlO₃发生反应,能够抑制试样的烧结。且随着ZrO₂加入量的增多,试样的线收缩率和热导率明显下降,同时发射率也有所下降,但均大于0.9。ZrO₂的最佳加入量为LaAlO₃辐射剂粉料质量的10%。

烧结温度对莫来石多孔陶瓷结构与性能的影响

郭会师, 陈文亮, 李文凤, 杨佳麟, 秦笑梅, 桂阳海, 刘应凡

2023, (1): 10-14. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.003

摘要 ( ) PDF (1931KB)( )

以含锆硅线石为主要原料,α-Al₂O₃粉为辅料,改性淀粉为造孔剂,原位烧结制备了莫来石多孔陶瓷试样。研究了烧结温度(1 400~1 600 ℃,间隔50 ℃)对试样物相组成、显微结构及性能的影响。结果表明:1)随烧结温度的升高,试样中莫来石衍射峰的强度逐渐增强,莫来石晶粒逐渐发育长大,其外观呈现明显的台阶状形貌,符合二维成核生长机制。2)随烧结温度的升高,烧后试样的体积密度呈先减后增趋势,而显气孔率和线变化率的变化趋势则与之相反,常温耐压强度则呈逐渐增大趋势。3)当烧结温度为1 550~1 600 ℃时,试样综合性能较佳,莫来石晶粒发育长大并致密结合,适于在高温下使用。

可水合氧化铝添加量对中温处理后刚玉浇注料强度和显微结构的影响

李耀征, 张举, 王赛鑫, 周文英, 穆元冬, 陈留刚, 叶国田

2023, (1): 15-19. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.004

摘要 ( ) PDF (2536KB)( )

为弄清可水合氧化铝(HA)结合浇注料中温强度低的原因,以板状刚玉、活性氧化铝粉、HA为原料制备刚玉浇注料。研究了HA添加量(w,1%、3%、6%、9%)和热处理温度(110 ℃保温24 h,400、600、800、1 000、1 100 和1 250 ℃保温5 h)对浇注料强度和显微结构的影响。结果表明:1)养护和干燥过程中,HA通过水化反应生成蜂窝状产物勃姆石和拜耳石,起到结构骨架的作用,为浇注料提供强度。2)HA结合浇注料在1 000 ℃热处理后强度最低;在低于1 000 ℃时,热处理温度的升高会逐渐破坏水化产物的结构,降低浇注料的强度;高于 1 000 ℃时,浇注料基质中发生了局部烧结,使得强度有所回升。3)提高HA的加入量无法提升浇注料的中温强度,说明中温热处理使得HA的水化产物结构完全坍塌,无法起到结构支撑的作用。

熔融沉积法3D打印制备多孔氧化锆陶瓷

牛富荣, 张力, 郭金玉, 刘鹏, 杨现锋, 谢志鹏

2023, (1): 20-26. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.005

摘要 ( ) PDF (3161KB)( )

以氧化锆粉为主要原料,采用基于螺杆挤出的熔融沉积法在4种打印路径(单线、网格、单线+矩形、网格+矩形)下3D打印制备了孔隙率均分别为15%、25%、35%、45%的多孔氧化锆陶瓷。对多孔陶瓷的孔壁、打印层间结合、孔结构等进行了显微结构分析,并检测压缩强度。结果表明:1)采用熔融沉积法可以3D打印制备孔壁结构致密、孔形状保持良好的多孔陶瓷;2)低孔隙率时,多孔氧化锆陶瓷的应力-应变曲线呈弹性阶段,无坍塌阶段,随着孔隙率升高,出现明显的坍塌阶段;3)在相同孔隙率下,混合路径制备的多孔陶瓷的压缩强度比单一路径的更高,当孔隙率为15%时,单线+矩形路径打印的多孔陶瓷的压缩强度最高,达到271 MPa。

熔盐法合成α-Si₃N₄-AlN复合粉体及其抗水化性能

王森, 梁峰, 王晓函, 谷昊辉, 吴帅兵, 吕功业, 张海军

2023, (1): 27-30. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.006

摘要 ( ) PDF (2198KB)( )

以Si粉、三聚氰胺(C₃H₆N₆)和AlN粉为原料,以NaCl-NaBr为熔盐介质,采用熔盐法(以盐、料质量比为2∶1)制备α-Si₃N₄-AlN复合粉体。研究了反应原料中AlN粉添加量(m(Si粉)∶m(C₃H₆N₆)∶m(AlN粉)分别为1∶2∶0、1∶2∶0.2、1∶2∶0.4、1∶2∶0.6和1∶2∶1)和反应温度(分别为1 100、1 150和1 200 ℃)对制备的α-Si₃N₄-AlN复合粉体物相组成、显微结构和抗水化性能的影响。结果表明:在Si粉、C₃H₆N₆、AlN粉质量比为1∶2∶0.6时,在1 200 ℃保温2 h后,Si粉被全部氮化为α-Si₃N₄,所得产物α-Si₃N₄-AlN复合粉的抗水化性能比原料AlN粉的显著提高。

预烧温度对二步烧结法制备CA₆材料的影响

金瑶, 温天朋, 于景坤, 袁磊

2023, (1): 31-34. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.007

摘要 ( ) PDF (1881KB)( )

以氧化铝和碳酸钙为原料,采用预烧—破粉碎—压制成型—高温烧成的二步烧结法制备了六铝酸钙(CA₆)材料,主要研究了预烧温度(分别为1 100、1 200、1 300、1 400 ℃)对CA₆材料性能和显微结构的影响。结果表明:1)由于预烧破坏了预烧料中的一部分气孔,并减少了高温烧成过程中的气孔产生量,因此制备的CA₆材料的致密度和常温强度远高于常规烧结工艺制备的CA₆材料。2)预烧温度以1 200 ℃为最佳,所制备的CA₆材料的显气孔率为28.2%,体积密度为2.52 g·cm^-3,常温耐压强度为330 MPa。

石墨表面Si-SiC-TaB₂抗烧蚀复合涂层的制备及性能研究

田原, 姜岩, 付琬璐

2023, (1): 35-40. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.008

摘要 ( ) PDF (3022KB)( )

为了提高碳材料的抗烧蚀性能,以石墨块作为基体,SiC(d₅₀=10 μm)、B₄C(d₅₀=50 μm)、TaC(d₅₀=3 μm)为主要原料,采用料浆法结合反应熔渗Si在石墨材料表面制备了Si-SiC和Si-SiC-TaB₂涂层,研究了涂层的物相组成、显微结构和元素分布,考察了Si-SiC-TaB₂复合涂层在室温至1 600 ℃的抗热震性能,并通过等离子火焰烧蚀试验(2 350 ℃分别烧蚀120 和1 980 s)测试了涂层对石墨材料高温下的抗烧蚀防护性能。结果表明:Si-SiC-TaB₂复合涂层结构致密,涂层中SiC和TaB₂陶瓷颗粒与Si无明显界面;在1 600 ℃热震循环20次后,涂层试样的质量基本逐渐增加,具有良好的抗热震性能;Si-SiC-TaB₂复合涂层试样烧蚀1 980 s后质量增加,表面覆盖了含有Ta₂O₅和SiO₂的Ta-Si-O氧化保护层,有效防止了高温火焰对石墨内部的侵蚀。Si-SiC涂层试样烧蚀后质量减少,表面形成了破损的SiO₂氧化层,出现了清晰可见的烧蚀凹坑。

添加Y₂O₃对CaO-MgO-SiO₂体系中CMS的影响

任隆宇, 崔妍, 曲殿利, 徐茹慧

2023, (1): 41-44. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.009

摘要 ( ) PDF (1923KB)( )

为了提高镁质耐火材料的高温性能,以分析纯化学试剂MgO、CaO、SiO₂、Y₂O₃等为主要原料,研究了添加Y₂O₃对CaO-MgO-SiO₂体系中钙镁橄榄石(CMS)的生成和转化的影响,以及转化生成物Ca₄Y₆O(SiO₄)₆的耐火度。结果表明:1)Y₂O₃的添加不仅能够显著减少CaO-MgO-SiO₂体系中低熔点相CMS的生成量,而且能够从CMS中捕获CaO和SiO₂使CMS转化为高熔点相Ca₄Y₆O(SiO₄)₆、MgO和Y₂Si₂O₇,有利于提高镁质材料的高温性能。2)Ca₄Y₆O(SiO₄)₆的耐火度＞1 800 ℃。

埋碳条件下石墨烯与硅粉反应过程研究

郁柏松, 朱业宁, 席子建, 苏玉庆, 孙苗苗, 魏军从, 涂军波, 王义龙

2023, (1): 45-49. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.010

摘要 ( ) PDF (2908KB)( )

为探究埋碳条件下石墨烯与硅粉的反应过程,对多层石墨烯(层数＜30)和w(Si)=99.47%的硅粉于不同温度下(1 000、1 100、1 200、1 300、1 400、1 500、1 600 ℃)热处理3 h,结合反应后试样的物相组成和显微结构,对试样的反应过程进行热力学分析和机制探究。结果表明:1)热处理温度为1 000 ℃时,试样中出现了以SiC为晶核的无定形SiO₂微球;2)热处理温度为1 200 ℃时,生成以SiC纳米线为桥和桥上的无定形SiO₂球体构成的串珠状晶须;3)热处理温度＜1 400 ℃时,SiO₂微球和串珠状晶须的含量、直径均随着温度的升高逐渐增大;4)热处理温度为1 500 ℃时,发生碳热还原反应,无定形SiO₂含量逐渐减少,SiC纳米线含量增多;5)热处理温度为1 600 ℃时,试样内均是SiC纳米线,且SiC纳米线的生长主要遵循气-固反应机制。

用石油焦后玻璃窑碱性耐火材料侵蚀及对策

王杰曾, 刘昭, 徐琳琳, 陈松林, 刘锡俊

2023, (1): 50-54. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.011

摘要 ( ) PDF (2190KB)( )

用石油焦代替重油可以大幅降低玻璃生产成本,但同时也大幅降低了玻璃窑蓄热室格子体用耐火材料的使用寿命。为了提高玻璃窑蓄热室格子体的使用寿命,首先研究了使用石油焦后玻璃窑炉渣的化学组成和碱硫比,蓄热室格子体镁质残砖的损毁机制,以及直接结合镁铬砖、电熔再结合镁铬砖和电熔再结合高纯镁铝尖晶石砖的抗玻璃窑炉渣侵蚀性。在此基础上,采取了一系列针对性的对策,优化了耐火材料的配置,显著提高了格子砖的寿命,满足了玻璃工业发展的需求。

金属铬添加量对刚玉质耐火材料性能的影响

李健, 于景坤, 温天朋, 刘朝阳

2023, (1): 55-58. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.012

摘要 ( ) PDF (1251KB)( )

为了获得抗热震性好、使用寿命长的刚玉质耐火材料,以粒度为5~3、3~1、≤1、≤0.044 mm的白刚玉为主要原料,金属铬(≤0.074 mm)为添加剂制备刚玉质耐火材料。研究了金属铬添加量(质量分数分别为0、1%、3%和5%)对刚玉质耐火材料物理性能、抗热震性以及抗渣侵蚀性能的影响。结果表明:1)随着金属铬加入量的增加,试样的体积密度、耐压强度及抗热震性能增加,当金属铬加入量(w)为3%时达到最大值。2)金属铬在高温下氧化生成Cr₂O₃产生体积膨胀,填充了试样中刚玉颗粒间的部分气孔,提高了试样的体积密度;生成的Cr₂O₃与Al₂O₃发生固溶反应形成铝铬固溶体,提高了基质与刚玉颗粒间的结合强度。3)加入金属铬还可以有效抑制熔渣向耐火材料内部的侵入,有效减少熔渣侵蚀深度。当加入量由0增加至3%(w)时,侵蚀深度由6.4 mm减小至4.1 mm。

不同锆基原料对MgO-Al-C材料性能的影响

刘洋, 刘宝亮, 石凯, 韩晓源, 夏熠, 商剑钊

2023, (1): 59-64. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.013

摘要 ( ) PDF (1859KB)( )

为提高MgO-Al-C滑板材料的抗热震性,以98烧结镁砂和98电熔镁砂、金属Al粉、N220炭黑(25~20 nm)、造粒氧化锆微粉、氧化锆空心微珠为原料,酚醛树脂为结合剂,制备了MgO-Al-C材料。研究了造粒氧化锆微粉加入量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、4%)或氧化锆空心微珠加入量(质量分数分别为0、2%、4%、6%)对MgO-Al-C材料常温性能、高温性能、物相组成及显微结构的影响。结果表明:1)造粒氧化锆微粉是团聚体,具有多孔结构和可压缩性,可吸收热应力;加入量为2%(w)时,有利于提高材料的抗热震性,比未添加的试样Z0强度保持率提高了3.9％,其他性能与试样Z0的几乎持平。2)氧化锆空心微珠为中空结构,具有弹性,同样可吸收热应力;加入量为4%(w)时,可明显改善材料的抗热震性,比未添加的试样Z0强度保持率提高了8％;显气孔率为12.4％,体积密度为2.87 g·cm^-3,与试样Z0的相比致密度有所提高;对改善材料的抗氧化性有一定效果,氧化层厚度较试样Z0的降低了0.15 mm,其他性能与试样Z0的相比没有明显变化。

莫来石晶须原位增强堇青石-莫来石多孔陶瓷制备

廉晓庆, 陈张乐, 王勃扬, 黄菊花

2023, (1): 65-69. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.014

摘要 ( ) PDF (2046KB)( )

为实现煤矸石资源化利用,以高岭土粉、煤矸石粉、滑石粉、氢氧化铝粉为主要原料,制备了莫来石晶须原位增强堇青石-莫来石多孔陶瓷。研究了煤矸石掺量(质量分数分别为0、9%、17%、26%、33%)和AlF₃添加量(质量分数分别为0、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)对多孔陶瓷物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明:1)当煤矸石掺量(w)≤17%、AlF₃添加量(w)≤2.5%时,试样主要矿物组成为堇青石和莫来石。2)增加煤矸石掺量可明显提高试样的体积密度和耐压强度,但对保持显气孔率不利;增加AlF₃添加量导致试样体积密度和耐压强度减小,但可提高显气孔率。3)随着煤矸石掺量和AlF₃添加量的增加,莫来石晶须直径增加,长径比增加,呈四方柱状或针状。4)当煤矸石掺量(w)为17%,AlF₃添加量(w)为2.5%时,经1 350 ℃保温2 h,可获得体积密度1.86 g·cm^-3,显气孔率31.0%,耐压强度27.8 MPa的多孔陶瓷;其针状莫来石晶须形成互锁结构,平均直径0.5 μm,长径比＞20。

B₄C对Si₃N₄/Si₂N₂O结合SiC材料抗热震性能的影响

曹会彦, 吴吉光, 程竹, 李杰, 黄志刚

2023, (1): 70-73. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.015

摘要 ( ) PDF (1597KB)( )

首先以Si粉、SiO₂微粉为原料,先在700 ℃空气气氛处理,然后在1 400 ℃氮气气氛下合成Si₂N₂O,研究了B₄C添加量(外加质量分数分别为0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%)对Si₂N₂O合成效果的影响。然后根据B₄C最优加入量,先在700 ℃空气气氛保温5 h,然后在1 400 ℃氮气气氛保温5 h制备了Si₃N₄/Si₂N₂O结合SiC试样。采用1 300 ℃风冷5次后试样的抗折强度保持率评价其抗热震性,分析了热震前后试样的物相组成和显微结构。结果表明:1)合成Si₂N₂O的B₄C最优添加量为3%(w);在700 ℃空气处理时,B₄C优先和气氛中O₂反应生成液相B₂O₃,为1 400 ℃氮气气氛生成板片状Si₂N₂O提供充足液相。2)风冷热震后,添加B₄C的试样中Si₂N₂O结合相保持完整,强度保持率由未添加时的67.5%提高至88.5%;同时,生成的B₂O₃发生碳热还原氮化反应,生成导热性好、具有自润滑特性的BN,改善其抗热震性,并在使用过程中继续为Si₃N₄/Si₂N₂O结合SiC材料提供保护。

南钢鱼雷罐炉衬保温优化及应用

李权辉, 刘桂丽, 马渭奎, 李翔, 杨文刚, 刘国齐

2023, (1): 74-77. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.016

摘要 ( ) PDF (1578KB)( )

为提高鱼雷罐保温效果,降低铁水温降,通过有限元软件ANSYS分析了鱼雷罐炉衬添加蛭石板作为保温层后的效果,并进行现场应用。结果表明:鱼雷罐增加一层蛭石板后,铁水温降可减少5.6 ℃;现场应用表明,炉衬结构优化后,锥段最高温度由307.1 ℃降低到242.9 ℃,节能效果明显。

双胎结构狭缝式透气砖的开发及在120 t精炼钢包上的应用

晁霞, 李飞, 郭朝阳, 盛国相

2023, (1): 78-81. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.017

摘要 ( ) PDF (1550KB)( )

通过分析济源钢铁第一炼钢厂120 t钢包和透气砖的现场使用情况,对透气砖的材质和结构进行了优化,开发出双胎结构狭缝式整体透气砖;同时对120 t钢包内衬的砌筑方式、使用和热修维护制度进行了改进。现场试验表明,安装使用双胎结构狭缝式透气砖的钢包,在进行一次小修后的使用寿命接近80炉,满足实际使用要求,提高了钢包的热周转率,钢包的整体经济效益得到显著提升。

镁钙系耐火材料的抗水化研究进展

王鑫, 王军凯, 黄珍霞, 王一菲, 赵辰航, 马帅领

2023, (1): 82-86. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.018

摘要 ( ) PDF (930KB)( )

综述了近年来镁钙系耐火材料抗水化研究的成果,着重总结了煅烧法、表面处理法和添加剂法等对改善镁钙系耐火材料抗水化性能的研究进展,并对其未来发展方向和研究重点进行了展望。

SiAlON质材料氧化行为研究进展

陈晓雨, 冯德胜, 王晔, 欧阳德泽, 刘新红

2023, (1): 87-92. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.01.019

摘要 ( ) PDF (937KB)( )

综述了国内外关于氧化温度、氧化时间、杂质、粒度及添加剂种类等因素对SiAlON质材料氧化行为的影响,指出各因素对材料氧化产物物相组成、显微结构及氧化速率等有较明显的影响,期望为SiAlON质材料使用寿命的提高提供参考,同时指明将来研究方向。

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