邹起良, 邓承继, 董博, 丁军, 朱万政, 王周福, 祝洪喜, 王琳, 余超

2023, (2): 93-98. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.001

以TiO₂粉、鳞片石墨和Si粉为原料,采用碳热还原氮化法在1 450 ℃保温2 h制备了陶瓷相结合Ti(C,N)复合材料。研究了Si粉加入量(加入质量分数分别为0、5%、15%、25%)对材料物相组成、显微结构、物理性能及抗氧化性的影响。结果表明:适量Si粉的引入有利于细化Ti(C,N)晶粒,提高Ti(C,N)复合材料的常温力学性能与抗氧化性。当Si粉加入量为5%(w)时,原位生成陶瓷相结合Ti(C,N)复合材料的综合性能较优,其显气孔率、常温抗折强度和常温弹性模量分别约为(38.8±1.6)%、(62.5±2.4)MPa及(59.6±2.2)GPa。随Si粉加入量(w)进一步增加至15%或25%,复合材料的体积密度和力学性能下降。

熔盐法制备方镁石-镁橄榄石轻质隔热耐火材料

王少阳, 祁欣, 侯庆冬, 罗旭东, 游杰刚, 张玲

2023, (2): 99-103. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.002

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低品位菱镁矿作为制备镁质隔热耐火材料的原料是未来的主要研究方向之一。以高硅菱镁矿和三级滑石矿为原料,经预处理后得到轻烧镁粉和滑石粉,以NaCl熔盐为反应介质,通过熔盐法制备了方镁石-镁橄榄石(MgO-Mg₂SiO₄)轻质隔热耐火材料。研究了NaCl加入量、烧结温度、保温时间以及原料配比对试样制备的影响。结果表明:当NaCl的加入量为轻烧镁粉-滑石粉混合料质量的20%、烧结温度为1 200 ℃、保温时间为6 h、m(轻烧镁粉)∶m(滑石粉)=5∶5时,试样的综合性能最优,此时其体积密度为1.46 g·cm^-3,显气孔率为55.0%。此外,发现滑石自分解和镁橄榄石的合成均可在试样内部形成气孔。

煅烧温度对菱镁矿尾矿制备MgO-MgAl₂O₄-Mg₂SiO₄复相多孔材料性能的影响

周萍, 马北越, 任鑫明

2023, (2): 104-106. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.003

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以菱镁矿尾矿和二次铝灰为原料,按m(菱镁矿尾矿)∶m(二次铝灰)=7∶3配料,混料、成型后分别经1 200、1 300、1 400和1 500 ℃煅烧,制备了MgO-MgAl₂O₄-Mg₂SiO₄试样,并研究了煅烧温度对其性能的影响。结果表明:随着煅烧温度的升高,试样的体积密度和线收缩率随之增大,常温耐压强度基本呈增大的趋势,而显气孔率相应减小;当煅烧温度从 1 300 ℃升高到1 400 ℃时,显气孔率变化尤为明显,分析认为这与镁铝尖晶石的形成有关。在满足显气孔率超过40%的条件下,试样经1 300 ℃煅烧后的常温耐压强度较高。因此,最佳煅烧温度为1 300 ℃。

CaO杂质对SiO₂凝胶粉与Al₂O₃粉反应生成莫来石的影响

耿乾坤, 杨卓冉, 胡倩影, 田学坤, 汪洪森, 申家欣, 欧阳德泽, 刘新红

2023, (2): 107-112. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.004

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为拓宽SiO₂溶胶结合浇注料的应用,以微米或纳米级Al₂O₃粉和SiO₂凝胶粉为主要原料,研究在不同温度(1 350、1 400、1 500、1 600 ℃)、不同气氛(氧化气氛、还原气氛)下CaO杂质对Al₂O₃和SiO₂反应生成莫来石的影响。结果表明:1)氧化气氛下,CaO的引入可以促进莫来石的生成,当温度从1 350 ℃升高到1 600 ℃时,莫来石的生成量会逐渐增多。2)还原气氛下,CaO的引入不利于莫来石的生成,温度升高,莫来石生成量反而降低。3)Al₂O₃粒度越小,越易与SiO₂凝胶粉反应生成莫来石。

ZrO₂-C质浸入式水口渣线耐火材料的侵蚀机制分析

田晨, 职建军, 甘菲芳, 范正洁, 高华, 袁磊, 刘国齐, 于景坤, 李红霞

2023, (2): 113-116. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.005

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针对目前连铸浸入式水口渣线部位耐火材料的侵蚀造成水口服役失效与连铸生产效率无法提升的难题,以某钢厂低碳铝镇静钢连铸常用的ZrO₂-C质浸入式水口为例,对其侵蚀后的水口渣线部位耐火材料进行取样,详细分析了水口渣线部位耐火材料的侵蚀原因与机制。结果表明:保护渣对水口外部渣线材料的冲刷、溶解与反应是导致浸入式水口渣线部位侵蚀和缩颈的核心问题。因此,如何有效防止或避免渣线部位耐火材料与保护渣间的接触与反应对抑制渣线侵蚀至关重要。

水热法制备氢氧化镁改性鳞片石墨

周瑞琪, 范慧琳, 王智明, 蔡伟杰, 段红娟, 张海军

2023, (2): 117-120. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.006

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为了提高鳞片石墨的水润湿性,以无水硫酸镁和氨水为主要原料,采用水热法在鳞片石墨表面生成氢氧化镁改性层,主要研究了表面活性剂种类(十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠),水热温度(180、190、200 ℃),C、Mg²⁺质量比(1∶10、2∶10、3∶10)对改性鳞片石墨水润湿性和抗氧化性的影响。结果表明:1)改性石墨表面生成了片状氢氧化镁包覆层,其水润湿性和抗氧化性提高。2)以聚丙烯酸钠为表面活性剂,采用3∶10的C、Mg²⁺质量比,在190 ℃水热处理12 h,制得的改性石墨的水润湿性和抗氧化性最好。

SiO₂微粉加入量对β-SiAlON-SiC材料性能的影响

曹会彦, 郑翰, 钱凡, 吴吉光, 万龙刚, 马昭阳

2023, (2): 121-124. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.007

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在保证承烧锂电池三元正极材料匣钵用β-SiAlON-SiC材料抗碱性的前提下,以SiC颗粒和细粉、Si粉、Al粉、α-Al₂O₃微粉等为原料,采用高温氮化法制备β-SiAlON-SiC材料,研究了SiO₂微粉加入量(外加质量分数分别为0、1%、2%、3%)对β-SiAlON-SiC材料的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、高温抗折强度、物相组成、抗碱性的影响。结果表明:1)在β-SiAlON-SiC材料中添加SiO₂微粉可以降低其显气孔率,显著提高其常温抗折强度和高温抗折强度;2)添加SiO₂微粉不会影响Si粉和Al粉的氮化效果,但会影响Al₂O₃在Si₃N₄中的固溶度和β-SiAlON的生成量;3)SiO₂微粉的最优添加量为1%(w),所得试样的抗碱性明显优于未添加SiO₂微粉试样的。

匣钵材料抗氢氧化锂侵蚀性研究

郑翰, 马昭阳, 曹会彦, 万龙刚, 相宇博, 钱凡, 吴吉光

2023, (2): 125-130. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.008

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为寻找抗碱性强且满足三元正极材料烧结使用的匣钵材料,将LiOH·6H₂O分别置于重结晶SiC、β-SiC结合SiC质匣钵材料上,在氧气气氛下经780 ℃保温20 h进行侵蚀试验,并与市售的堇青石-莫来石质匣钵材料做对比,采用SEM及XRD分析了3种材料的显微结构与物相组成。结果表明:1)β-SiC结合SiC材料经侵蚀后表面生成了一层厚度为4.2 mm的反应层;重结晶SiC材料表面没有明显的反应层;堇青石-莫来石材料表面变得凹凸不平,表面以下生成深度约1.8 mm的反应层。2)匣钵材料的致密性会显著影响Li₂O的渗透深度;β-SiC结合SiC材料较为致密,Li₂O渗透深度浅,反应所伴随的体积膨胀效应严重改变了材料的表面结构。3)重结晶SiC材料显气孔率及孔径均大于β-SiC结合SiC材料的,Li₂O更容易渗透进入重结晶SiC材料内部,在内部孔隙中生成Li₂SiO₃,但重结晶SiC材料的整体结构未受到明显影响。

水泥窑用不同铝硅系耐火砖抗碱侵蚀性能研究

马淑龙, 康剑, 杨晨, 孟令汉, 席含博, 苏玉柱, 马飞, 李燕京, 罗华明

2023, (2): 131-134. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.009

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采用坩埚法对市售铝硅系硅莫砖1680、硅莫砖1550、抗剥落高铝砖JA、低铝莫来石砖M55进行抗碱侵蚀对比试验,对侵蚀后坩埚进行物相及微观结构分析并探讨碱侵蚀行为。结果表明:1)硅莫砖和低铝莫来石砖抗碱侵蚀性相对较好,抗剥落高铝砖抗碱侵蚀性能较差。2)硅莫砖中的碳化硅高温下氧化,在耐火砖表面形成致密层,可有效抑制K元素的侵蚀渗透,因此材料的抗碱侵蚀性能优良;抗剥落高铝砖由于选用的原料品级较差,样砖显气孔率很高,碱渗透最深,并生成大量的钾霞石而导致试样产生大的碱裂,因此材料的抗碱侵蚀性能很差。3)低铝莫来石砖显气孔率低,所用原料中莫来石均质料及红柱石结构致密,且结构中存在一定数量的高硅非晶相,可与K元素反应生成高黏度玻璃相阻塞气孔,使得材料抗碱侵蚀性能较好。

改性多层石墨烯加入量对Al₂O₃-SiC-C浇注料性能的影响

朱业宁, 席子建, 郁柏松, 苏玉庆, 涂军波, 魏军从, 黄建坤, 王义龙

2023, (2): 135-138. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.010

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为了将亲水性较差的多层石墨烯更好地利用在Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料中,先使用硅溶胶对多层石墨烯进行改性,然后将其添加到Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料中,主要研究了硅溶胶改性多层石墨烯添加量(外加质量分数分别为0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)对Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料的流动性、烧后线变化、显气孔率、常温强度和高温强度等性能的影响。结果表明:1)在加水量相同的情况下,浇注料的流动值随改性多层石墨烯加入量的增多而线性减小。2)随着改性多层石墨烯加入量的增加,烘干及不同温度热处理后浇注料的致密度、常温强度、高温强度都呈先增大后减小的变化趋势,并且都在加入0.1%(w)的改性多层石墨烯时达到最大。

炼铁高炉用碳化硅风口组合大砖的制备与性能

吕春江, 常赪, 黄一飞, 曹会彦, 李杰, 朱冲

2023, (2): 139-144. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.011

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以碳化硅颗粒(3～1、1~0.088 mm)与细粉(<0.088 mm)、硅粉(<0.088 mm)、工业炭黑(牌号N990)、二氧化硅微粉和ρ-Al₂O₃粉等为原料制备了炼铁高炉用碳化硅风口组合大砖,并与氮化硅结合碳化硅砖、自结合碳化硅砖、国外进口自结合碳化硅砖对比,分析与评估新型碳化硅风口组合大砖的使用性能。结果表明:1)0~100 mm 区域主要由O’-SiAlON、β-SiAlON、α-Si₃N₄、Si₂N₂O等一种或多种氮化物与β-SiC复相结合而成,体积密度2.68~2.70 g·cm^-3,显气孔率14%~15%,组织结构均匀。2)0~100 mm区域β-SiC纳米晶须与氮化物有穿插生长现象;随着深度增加,絮状β-SiC纳米晶须增多,氮化物减少,深度150 mm后结合相主要为β-SiC和莫来石。3)与参比制品比较,新型碳化硅风口组合大砖具有良好的基础性能指标,熔碱侵蚀后质量变化率-0.1%,明显优于进口自结合碳化硅和国产氮化硅结合碳化硅材料。

Sc₂O₃加入量对菱镁矿制备镁砂性能的影响

陈露, 张玲, 孟昕, 杨雨轩, 万建强, 罗旭东, 游杰刚

2023, (2): 145-148. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.012

摘要 ( ) PDF (2944KB)( )

为改善烧结镁砂性能,以菱镁矿经900 ℃煅烧后的轻烧氧化镁粉为主要原料,引入Sc₂O₃作为添加剂,经1 600 ℃煅烧3 h得到烧结镁砂试样。研究Sc₂O₃添加量(质量分数分别为0、1%、2%、3%和4%)对试样致密度、物相组成及显微结构的影响。结果表明:Sc₂O₃会固溶进入MgO晶粒并引起MgO晶格畸变,起到了活化晶格促进烧结的作用;同时Sc₂O₃会与镁砂中杂质成分CaO发生反应,在方镁石晶间生成高熔点的CaSc₂O₄相。因此,添加Sc₂O₃提高了试样致密度,当加入3%(w)时,致密性最好。

不同粒度锌铝尖晶石加入量对方镁石-锌铝尖晶石性能的影响

谢永涣, 田琳, 毛硕, 马淑龙, 吴师岗, 李国华

2023, (2): 149-152. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.013

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以高纯镁砂(5~0.074、≤0.074 mm)为主要原料,分别以烧结法合成的锌铝尖晶石颗粒(5~0.074 mm)和细粉(≤0.074 mm)取代相应粒度的高纯镁砂,制备了方镁石-锌铝尖晶石试样,分别研究了锌铝尖晶石颗粒(加入质量分数分别为10%、15%和20%)和细粉(加入质量分数分别为5%、10%和15%)的引入量对试样性能的影响,并与市售的铁铝尖晶石砖的性能作对比。结果表明:1)随锌铝尖晶石颗粒引入量的增加,试样的显气孔率增大,体积密度和常温耐压强度降低,抗热震性能稍有提高;2)随锌铝尖晶石细粉引入量的增加,试样的常温物理性能和抗热震性能均有提高;3)当锌铝尖晶石以10%(w)颗粒料或5%~10%(w)细粉料引入时,其抗侵蚀性能均优于目前水泥窑使用铁铝尖晶石砖的。综合来看,锌铝尖晶石以5%(w)细粉形式引入的试样性能最好。

Al/Si复合粉包覆改性刚玉颗粒对Al₂O₃-C材料性能的影响

刘洋, 刘宝亮, 石凯, 马世行, 商剑钊, 夏熠

2023, (2): 153-156. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.014

摘要 ( ) PDF (1392KB)( )

首先,以3~1 mm的板状刚玉颗粒,Al粉、Si粉质量比分别为4∶0、3∶1、2∶2的Al/Si复合粉,以及酚醛树脂-乙二醇混合液为原料,通过搅拌、180 ℃烘烤、解体制成Al/Si复合粉包覆改性板状刚玉颗粒。然后,按常规工艺制备Al₂O₃-C试样,检测试样的常温和高温性能,分析试样的物相组成和显微结构。结果表明:1)在Al₂O₃-C材料中加入Al/Si复合粉包覆改性刚玉颗粒,可提高材料的致密度、常温强度、高温强度、抗热震性和抗氧化性;Al/Si复合粉中Al粉、Si粉的质量比以3∶1最佳。2)改性板状刚玉颗粒表面的Al粉和Si粉填充在颗粒表面的凹陷处,提高了试样的成型致密度以及烘烤后和埋炭热处理后试样的致密度、强度和抗氧化性;高温埋炭热处理后,这些Al粉和Si粉反应生成AlN、Al₄C₃、SiC等非氧化物,增强了改性刚玉颗粒与基质的结合,提高了试样的抗热震性和强度。

挡渣滑板用锆板性能改进及应用

方斌祥, 牟济宁, 施岳明, 罗明, 徐志江, 尹明强

2023, (2): 157-160. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.015

摘要 ( ) PDF (2186KB)( )

分析了某钢厂300 t转炉镶锆挡渣滑板的使用现状及内滑板锆板和锆管剥落的原因。通过造粒、控制稳定度改进锆板/锆管的性能,使其兼具良好的力学性能和抗热震性能;同时改进挡渣滑板的结构,将内滑板锆板与锆管做成一个整体部件以提高其抗机械破坏能力。改进后的挡渣滑板解决了原有锆板/锆管剥落问题,使用寿命可望提高到25次。

有机硅浆渣固废制备SiC的研究

吴博文, 王帅, 郭晓琳, 邢鹏飞, 宋爱林, 庄艳歆

2023, (2): 161-165. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.016

摘要 ( ) PDF (2259KB)( )

先将有机硅浆渣固废高温热解,再将其与过量石油焦制成球团,通过碳热还原法制备了SiC粉体。研究了热解温度(1 000、1 200 、1 400和1 500 ℃)对有机硅浆渣固废的影响,在此基础上,研究了热处理温度(1 550、1 650、1 750和1 850 ℃)和保温时间(15、30、45、60和75 min)对制备SiC的影响。结果表明:在热解温度达到1 500 ℃时,可以实现有机硅浆渣固废较大程度的热解,产物主要是SiC和方石英,说明该原料可以采用冶金法制备SiC。过量配碳冶炼时,最佳热处理温度为1 750 ℃,所得SiC的含量最高,继续升高温度会使SiC晶粒尺寸增大。在1 750 ℃增加保温时间有助于反应的进行,保温时间为60 min时,SiC的含量最高,继续增加保温时间时,颗粒状的SiC聚集长大形成块状SiC。

烧成温度对钛基铝酸盐水泥性能的影响

张康康, 马淑龙, 苏玉柱, 杨晨, 刘磊, 李燕京, 罗华明

2023, (2): 166-168. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.017

摘要 ( ) PDF (1875KB)( )

以钛铁渣和氧化钙为原料,在Al₂O₃-CaO-TiO₂系相图的CaAl₂O₄-CaAl₄O₇-CaTiO₃三角形中选择Al₂O₃、CaO、TiO₂质量分数分别为58%、34%、8%的组成点作为配料点,其铝酸盐碱度系数为0.9。经配料、混合、成型后分别在1 300、1 400和1 450 ℃保温30 min,待炉内温度冷却至接近1 200 ℃时,取出置于空气中急冷,再粉磨至0.088 mm方孔筛筛余≤10%,制得水泥熟料试样,然后分析其物相组成和显微结构,检测其凝结时间和强度。结果表明:随着烧成温度的提高,水泥熟料中的CA₂量逐渐增多,C₁₂A₇量逐渐减少。1 400 ℃烧成后水泥熟料试样中的CA量最多,凝结时间最短,早期强度最高。

含碳耐火材料用硼基抗氧化剂研究进展

李韬, 李亚格, 吴帅兵, 李杭, 吕俊毅, 张海军

2023, (2): 169-174. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.018

摘要 ( ) PDF (996KB)( )

含碳耐火材料具有优异的抗热震性及抗渣侵蚀性等性能,被广泛应用于炼钢系统的关键部位。但这些耐火材料中过高的碳含量会产生钢液增碳、能耗增大等问题。为了满足含碳耐火材料低碳化发展的要求,高效抗氧化剂的研发至关重要。因此,综述了含碳耐火材料抗氧化剂的作用机制及硼基抗氧化剂的研究进展,重点阐述了单相硼基抗氧化剂、复合硼基抗氧化剂的研发状况以及对含碳耐火材料性能的影响,并对其发展前景进行了展望。

稀土盐类热障/环境障涂层研究现状

刘涛, 马北越, 昝文宇

2023, (2): 175-179. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.019

摘要 ( ) PDF (924KB)( )

随着航空航天等领域热端部件表面热障/环境障涂层的服役环境越来越恶劣,对涂层的性能要求显著提高,作为目前广泛应用的Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(YSZ)材料,已经不能完全满足使用要求,所以开发新型兼具优异性能可用于高温环境的涂层材料日益重要。稀土盐类材料作为新型热障/环境障涂层材料,因其复杂的结构、低热导率和高热膨胀系数等优点,而被国内外学者广泛关注和研究。因此,综述了几种稀土盐类涂层材料的晶体结构、力学性能、热学性能,展望其发展前景。

镁质耐火材料用结合剂的应用进展

杨忠德, 林鑫, 王少阳, 祁欣, 罗旭东

2023, (2): 180-184. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.02.020

摘要 ( ) PDF (970KB)( )

镁质耐火材料被广泛应用于钢铁冶金等领域,其结合剂种类不仅会影响其质量,还会影响其在高温状态下的显微结构和使用性能。综述了镁质耐火材料用结合剂的基本分类,结合剂在镁质不定形耐火材料和镁质耐火材料制品中的应用情况,并对镁质耐火材料结合剂的应用提出了一些建议。

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