董博, 邓承继, 陈嵛沣, 谢哲, 丁军, 朱青友, 祝洪喜, 余超

2023, (3): 185-188. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.001

为进一步拓展粉煤灰漂珠在多孔陶瓷领域的应用,以粉煤灰漂珠、镁橄榄石、绢云母粉及铝矾土为主要原料,其中粉煤灰漂珠加入量分别为40%、60%、80%(w),成型后在空气气氛下于1 100 ℃热处理1 h制得多孔陶瓷材料,分析其物相组成、显微结构以及常规物理性能。结果表明:1)粉煤灰漂珠加入量由40%(w)增加至80%(w),粉煤灰漂珠与基质的间隔变大,试样的气孔率增大、体积密度和常温耐压强度减小,但其气孔的分形维数未有明显变化;2)当粉煤灰漂珠加入量为60%(w)时,试样综合性能较优,此时其体积密度约为(0.90±0.01)g·cm^-3,且在气孔率为(66.9±0.5)%时,仍具有约(12.37±0.69)MPa的常温耐压强度,在300、600及900 ℃下的热导率分别为0.201、0.232和0.262 W·m^-1·K^-1,因此在隔热耐火材料领域具有良好应用前景。

二铝酸钙加入量对刚玉浇注料性能的影响

秦红彬, 金锋, 唐世明, 周慧君, 李红霞, 石书冰, 张三华, 程立, 惠先磊

2023, (3): 189-193. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.002

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为了改善刚玉浇注料的性能,以白刚玉、二铝酸钙(CA₂)、活性α-Al₂O₃微粉和纯铝酸钙水泥为主要原料,制备了刚玉浇注料,研究了CA₂加入量(加入质量分数分别为0、20%、30%、40%)对刚玉浇注料性能的影响。结果表明:1)随着CA₂的增多,刚玉浇注料的体积密度大幅减小,110 ℃烘干和800 ℃热处理后的常温耐压强度明显改善,而1 200 ℃热处理后的常温耐压强度变化不明显;2)随着CA₂的增多,浇注料的平均热膨胀系数逐渐降低,热导率大幅降低,试样经800 ℃水冷热震后的抗折强度保持率大幅提升;3)CA₂的引入大幅提升了刚玉浇注料的透气性,且不影响刚玉浇注料的抗氢气还原性能。

氟锆酸钾加入量对粉煤灰基发泡陶瓷性能的影响

常星岚, 顾雅洁, 孙盛睿, 孙科, 廖达琛, 刘阳桥, 奚爽, 董满江

2023, (3): 194-199. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.003

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为了实现大掺量粉煤灰在低成本、高性能发泡陶瓷的广泛应用,以粉煤灰、滑石、长石和碳化硅为原料,加入不同量的(加入质量分数分别为0、2%、5%和7%)氟锆酸钾,通过高温煅烧制备了发泡陶瓷试样,研究了氟锆酸钾加入量对试样物相组成、显微结构及性能的影响。结果表明,随着氟锆酸钾加入量(w)由2%增加至7%,试样中锆英石和尖晶石的特征峰逐渐增强,而莫来石的特征峰则逐渐变弱,体积密度和抗压强度逐渐减小,热导率则呈现先减小后增加的趋势。同时,氟锆酸钾的加入提高了试样的孔径尺寸和均匀性及圆整度。然而,当氟锆酸钾的加入量达到7%(w)后,试样的孔径尺寸进一步增大,圆度却降低,孔结构劣化。但相比于未添加氟锆酸钾的试样,含氟锆酸钾的试样的抗压强度均显著增强,体积密度和热导率明显降低。当氟锆酸钾加入量为5%(w)时,试样的综合性能最优。

直写成型刚玉-莫来石质多孔材料研究

朱凯, 杨道媛, 王美姣, 杨亮华, 赵祥, 陈俊寰, 原会雨

2023, (3): 200-204. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.004

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以d₅₀=10.3 μm的烧结刚玉微粉、d₅₀=0.2 μm的SiO₂微粉和化学纯六偏磷酸钠为主要原料,按m(烧结刚玉微粉)∶m(SiO₂微粉)= 11∶1,每100 g烧结刚玉微粉添加0.15 g六偏磷酸钠的配比配制固含量为63%(φ)的浆料,经真空消泡处理后,采用直写成型技术打印出孔的横截面分别为正三角形、正方形、正六边形的直通孔型多孔材料,研究了孔形、孔径以及受力方向和传热方向对材料常温耐压强度和热导率的影响。结果表明:1)打印出的多孔材料均未出现肉眼可见的缺陷或变形,表面较为光滑平整,挤出线条均匀流畅;打印层间接触紧密,未见分层现象。2)在孔隙率相同时,材料的常温耐压强度按正三角形孔材料、正方形孔材料、正六边形孔材料的顺序逐渐增大,热导率则按此顺序逐渐减小。3)在孔形和孔隙率相同时,材料的常温耐压强度随孔径的增大而减小,热导率则随孔径的增大而增大;在孔形、孔径和孔隙率相同时,平行于直通孔方向的常温耐压强度和热导率大于垂直于直通孔方向上的常温耐压强度和热导率。

煤矸石陶粒替代开孔珍珠岩骨料制备轻质铝硅系浇注料

昝文宇, 马北越, 王玉清, 蒋志峰

2023, (3): 205-209. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.005

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为了研究一种新型轻质铝硅系浇注料,有望作为石油化工管式炉炉衬材料,同时降低生产成本及推进耐火原料可持续循环利用,采用闭孔珍珠岩(4~2 mm)、开孔珍珠岩(8~4 mm)和煤矸石陶粒 (5~2 mm)为骨料,漂珠 (0.5~ 0.3 mm)、沉珠(0.8~0.6 mm)、SiO₂微粉、α-Al₂O₃微粉、氧化锆和锆英石微粉为基质,Secar 71 水泥为结合剂制备了轻质铝硅系浇注料。研究了煤矸石陶粒等量替代(加入质量分数分别为0、5%、10%、15%和20%)开孔珍珠岩骨料对浇注料性能的影响。结果表明:煤矸石陶粒中的CaO、MgO、Na₂O能够起到烧结助剂作用,有利于试样的烧结致密化。适量陶粒加入还有助于反应生成CaZr₄O₉,伴随着内部微裂纹的生成,可以提高试样的常温耐压强度和抗热震性;但过量陶粒加入会导致其水泥水化效果变差,骨料间的结合相减少,故常温耐压强度下降,且会导致液相量的增加,使线收缩率增大。煤矸石陶粒的适宜加入量为10%(w)。

不同锰源和铝源对合成锰铝尖晶石的影响

商剑钊, 刘宝亮, 徐腾腾, 刘洋, 石凯

2023, (3): 210-214. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.006

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水泥窑烧成带用方镁石-锰铝尖晶石砖制备的关键是锰铝尖晶石的合成,分别以MnO、MnO₂、MnCO₃为锰源,α-Al₂O₃、Al(OH)₃为铝源,按照理论组成配料,经混合、成型、干燥后,在1 550、1 600 ℃保温3 h合成了锰铝尖晶石,研究了不同锰源和铝源对合成锰铝尖晶石性能的影响。结果表明:1)相比MnO₂和 MnCO₃,以MnO为锰源合成锰铝尖晶石的合成率较高,显气孔率较低,体积密度较高,晶粒尺寸更大,达到 50 μm,结构致密。2)相比Al(OH)₃,以α-Al₂O₃为铝源合成的锰铝尖晶石裂纹更少,显气孔率更低,结构更致密。因此,以α-Al₂O₃为铝源,以MnO为锰源,经1 600 ℃烧结合成了纯度较高、晶体发育良好的致密锰铝尖晶石。

锆英石加入量对刚玉质多孔材料性能的影响

刘馨, 张仕鸣, 李莹, 汪涤, 贾全利

2023, (3): 215-219. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.007

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为提高弥散型透气砖的抗侵蚀性,以电熔白刚玉颗粒及细粉、α-Al₂O₃微粉、Cr₂O₃微粉、广西黏土、锆英石粉等为主要原料,固定电熔白刚玉颗粒与细粉的质量比为85∶15,分别加入0、1%、2%和3%(w)的锆英石粉等量替代白刚玉细粉,通过颗粒堆积造孔法经1 650 ℃保温3 h制备了刚玉质多孔材料,探究锆英石粉的引入对多孔材料性能及显微结构的影响。结果表明:加入锆英石后,多孔材料的透气度增加,常温强度和高温强度明显增大,烧后膨胀率降低;当锆英石的加入量为2%(w)时,试样的线变化率最小,透气度最大,综合性能较优。

结合剂种类对刚玉-尖晶石浇注料抗镍基高温合金侵蚀性能的影响

潘元帅, 王刚, 冯海霞, 柳军, 田朋丹, 韩艺辉, 王建斌

2023, (3): 220-225. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.008

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为扩展刚玉-尖晶石材料在高温合金冶炼方面的应用,以电熔白刚玉(粒度为5~3、3~1、≤1和≤ 0.074 mm)和烧结尖晶石(粒度≤1、≤0.044 mm)为主要原料,活性α-Al₂O₃微粉为烧结助剂,分别以Secar 71水泥、ρ-Al₂O₃微粉和磷酸镁水泥作为结合剂,制备了刚玉-尖晶石条形试样和坩埚试样,探究了不同结合剂对刚玉-尖晶石质浇注料常规性能和抗镍基高温合金侵蚀性能的影响。结果表明:1)3种结合剂中,采用Secar 71水泥作为结合剂的条形试样常规性能较好,1 600 ℃烧后线收缩率最低,抗侵蚀试验后坩埚试样宏观侵蚀渗透面积最小,微观渗透深度最浅,抗镍基高温合金侵蚀性能最好。2)镍基高温合金中的Cr渗透进入坩埚内部较浅,Nb、Ti渗透明显比Cr更深,而主成分Ni、Fe几乎没有渗透进入坩埚试样内部。

用工业镁渣制备六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料研究

白频波, 邢莉, 孔祥辰, 田玉明

2023, (3): 226-230. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.009

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为实现工业废渣的有效利用,以工业镁渣、氧化铝为主要原料,加入4%(w)的PVA塑化剂,采用高温无压烧结法分别在1 300、1 400、1 500、1 600 ℃保温3 h后,得到六铝酸钙/钙铝黄长石(CA₆/C₂AS)复相耐火材料,研究热处理温度对其物相组成、物理性能的影响。结果表明:经1 500 ℃热处理3 h后的试样综合性能较优,其体积密度为1.59 g·cm^-3,显气孔率为52.7%,抗折强度为30.8 MPa,荷重软化温度为1 544 ℃,水化36 h 后质量增加率不高于0.22%,800 ℃热震后抗折强度保持率为52.7%。试样具有较好的结构稳定性、抗水化性和抗热震性。

吊顶窑用α-SiC结合SiC拱顶砖的服役行为研究

董建存, 万龙刚, 郑翰, 相宇博, 张新华, 马昭阳, 王建波, 吴吉光

2023, (3): 231-235. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.010

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为解决燃气吊顶窑拱顶用耐火材料的污染和膨胀问题,以碳化硅颗粒和细粉为主要原料,水溶性树脂为结合剂,依次按三者质量比为65∶35∶4.5配料,机压成型为240 mm×170 mm×140 mm的坯体,在2 400 ℃真空条件下保温3 h制备了α-SiC结合SiC砖。将该砖用于国内某氧化铝陶瓷棍棒公司的燃气吊顶窑拱顶,累计使用46窑次(合计276 h)后,该砖断裂严重。为此,对用后砖进行取样,借助热力学分析,检测了其距热面不同距离处的性能,分析物相组成和显微结构,并与原砖进行对比。结果表明:1)用后α-SiC结合SiC砖比原砖的显气孔率降低,体积密度增大,因为用后砖中生成了12%~14.2%(w)的方石英,由α-SiC结合转变为方石英结合,气孔孔径变小。2)用后砖与原砖比,常温抗折强度和荷重软化开始温度变化不大,推测材料断裂不是自身力学性能失效所致,而是因温度升降而频繁受到剪切力引起。

转炉挡渣用氧化锆滑板的研制与应用

余同暑, 李红霞, 李勇, 李宏宇, 赵臣瑞, 王冬冬, 赵洪波, 张晖

2023, (3): 236-240. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.011

摘要 ( ) PDF (2109KB)( )

为提高转炉挡渣用氧化锆滑板的抗热震性,以单斜氧化锆粉、电熔镁稳定氧化锆(PMD)为主原料,氧化镁粉(或氢氧化镁)为稳定剂,制备了氧化锆材料,研究了氧化镁粉加入量、PMD替代量、稳定剂种类对材料性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:以质量分数分别为86%的单斜氧化锆粉、14%的PMD、3.12%的氢氧化镁为最佳配比,经细粉造粒、200 MPa高压成型、1 720 ℃高温烧成,可制得体积密度为5.26 g·cm^-3,显气孔率为7.9%,m-ZrO₂含量为75%(w),抗热震性优异的高单斜相致密氧化锆滑板。将研制氧化锆滑板镶嵌于转炉挡渣滑板中,在150和260 t转炉中批量使用,平均服役寿命均达到25炉,较之前提高了5炉,且服役时未出现滑板漏钢、机构烧穿等事故,下线后氧化锆滑板板面光滑、完整,无裂纹和冷钢粘连现象。

SiO₂微粉添加量对Al₂O₃-SiO₂质喷涂料性能的影响

蔡玮, 鞠茂奇, 陈金凤, 丛培源

2023, (3): 241-244. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.012

摘要 ( ) PDF (1739KB)( )

以电瓷废料、高铝矾土、广西白泥、CA50水泥以及SiO₂微粉为原料,制备Al₂O₃-SiO₂质喷涂料,研究了SiO₂微粉添加量(质量分数分别为0、1.5%、3%和4.5%)对烘干及不同温度热处理后试样的显气孔率、常温抗折强度、物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)随着SiO₂微粉添加量的增多,110 ℃烘干后喷涂料的显气孔率逐渐减小,常温抗折强度逐渐增大。2)随着SiO₂微粉添加量的增多,1 100和1 300 ℃热处理后喷涂料的显气孔率均呈先减小后增大的变化趋势,并且均在SiO₂微粉添加量为1.5%(w)时最小;1 100和1 300 ℃热处理后喷涂料的常温抗折强度均呈先增大后减小的变化趋势,并且均在SiO₂微粉添加量为3.0%(w)时最大。综合考虑,SiO₂微粉的最佳添加量为3.0%(w)。

基于多尺度广义自洽模型的耐火材料变温损伤研究

田富成, 王志刚, 刘昌明

2023, (3): 245-249. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.013

摘要 ( ) PDF (1599KB)( )

借助细观力学模型,以热压成型的玻璃-氧化铝球材料为研究对象,对由温度变化引起的两相间热膨胀不匹配造成的损伤进行了数值解析;针对该材料的重新加热-冷却全过程,提出了一种非线性损伤行为的模拟方法。研究表明,其模拟结果与试验吻合较好,材料的变温损伤程度受Δα绝对值和颗粒相体积分数的影响,Δα绝对值越大,颗粒相体积分数越高,材料变温损伤越严重。

MgO添加量对氧化锆质定径水口材料性能的影响

林思琦, 刘兴刚, 刘涛, 李玉庆, 于景坤

2023, (3): 250-252. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.014

摘要 ( ) PDF (1823KB)( )

为提高定径水口的性能,以ZrO₂细粉(d₅₀分别为3、5、8 μm)为原料,以聚乙烯醇水溶液为结合剂,外加不同质量分数(分别为2.0%、2.5%、2.8%、3.0%、3.5%)的MgO,于1 700 ℃保温2 h热处理后制备了氧化镁稳定氧化锆质定径水口材料,探究MgO添加量对其物相组成、显微结构及性能的影响。研究表明:随着MgO添加量的增加,试样的体积密度、常温耐压强度和热震三次后强度保持率均先增加后减小;MgO添加量为2.5%(w)时,试样综合性能最优,显气孔率为0.75%,体积密度为5.51 g·cm^-3,常温耐压强度为980 MPa,热震3次后的常温耐压强度为1 025 MPa。

梭式窑节能措施的研究现状与展望

孟庆新, 唐赞, 巩鑫泰, 梁瑞涵, 王金鹏, 刘志鹏, 谭功亮, 蔡嘉琪

2023, (3): 253-258. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.015

摘要 ( ) PDF (2005KB)( )

梭式窑具有操作灵活、生产效率高等诸多优点,在耐火材料和陶瓷工业得到了广泛的应用,但由于其属于间歇式运行,故存在热效率低和能耗高的缺点。为进一步降低梭式窑的能耗,对其现有的各种节能措施如回收烟气余热、减少窑体热损失等进行了综述和总结,并建议今后应兼顾节能和环保的双重效果,从回收制品余热、减少窑车蓄热、窑体轻量化、使用红外节能涂料、加强自动控制与改进窑型等方面深入做好梭式窑的节能工作。

原料特性对镁铝尖晶石烧结致密化影响的研究进展

王建斌, 王战民, 冯海霞, 柳军, 韩艺辉, 潘元帅

2023, (3): 259-264. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.016

摘要 ( ) PDF (959KB)( )

根据原料不同的性质以及影响镁铝尖晶石致密化的烧结机制,分别从原料种类、化学组成、粒度分布、预处理等方面综述了原料特性对镁铝尖晶石烧结致密化的影响,指出今后的研究重点在于如何量化镁铝尖晶石原料性质与制备材料性能之间的关系,实现原料的低温无压烧结,以利于工业制造过程中,在满足使用性能的要求下进一步节能降耗和环境友好。

催化氮化制备氮化硅研究进展

王鑫, 王军凯, 黄珍霞, 孟浩, 王一菲, 温研科

2023, (3): 265-269. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.017

摘要 ( ) PDF (1012KB)( )

氮化硅具有高强度、耐高温、耐腐蚀耐磨损、抗热震、抗氧化等优良性能,被广泛应用于耐火材料、冶金及航天等领域。催化氮化法是在硅粉氮化过程中引入催化剂,不仅能够实现硅粉的低温快速氮化,而且能够改变产物的形貌,促进氮化硅晶须的生成,进而改善制品的显微结构,提高其力学性能。为此,综述了金属单质和金属氧化物作为催化剂催化氮化制备氮化硅的研究进展,并展望了催化氮化制备氮化硅工艺今后的发展方向。

莫来石晶须的制备、生长机制及应用研究进展

刘朝阳, 潘松阳, 董泽明, 文俊, 王骏阳, 于景坤

2023, (3): 270-276. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2023.03.018

摘要 ( ) PDF (981KB)( )

莫来石晶须具有耐高温、耐磨损、抗氧化、热膨胀系数小、抗热震性好等性能,是一种优异的复合材料补强剂。介绍了莫来石晶须的制备方法,包括固相法、熔盐法和溶胶-凝胶法,并对莫来石晶须的气-固生长机制和液-固生长机制进行了分析。概述了莫来石晶须在陶瓷增韧、隔热保温、分离及过滤和聚合物性能优化等方面的应用。结合目前莫来石晶须在制备和应用中存在的问题,对莫来石晶须未来的发展进行了展望。

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