常星岚, 陈瑶姬, 顾雅洁, 孙盛睿, 孙科, 廖达琛, 刘阳桥, 奚爽, 李小红

2024, (1): 1-7. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.001

为制备低成本兼具高孔隙率与高压缩强度的发泡陶瓷,以粉煤灰、锂渣、长石、滑石和碳化硅为原料,经1 180、1 200、1 220、1 240 ℃分别保温10、20、40、60 min烧结制备发泡陶瓷试样。主要研究了锂渣的掺量(质量分数分别为0、10%、20%、30%)对试样物相组成、显微结构、孔隙率及压缩强度的影响。结果表明:1)随锂渣掺量的增加,发泡陶瓷的孔隙率增加,体积密度降低,压缩强度波动;2)锂渣中丰富的钙、硫成分,可发挥助熔剂和发泡剂作用,降低烧结温度,提高发泡陶瓷的孔隙率,改善气孔圆整度,提高压缩强度;3)当锂渣掺量为20%(w)时,经1 220 ℃保温20~40 min烧结所得发泡陶瓷的体积密度为0.32~0.40 g·cm^-3,孔隙率为84.4%~87.6%,压缩强度为1.51~2.35 MPa。

莫来石晶须/陶瓷纤维增强堇青石质隔热材料

秦梦黎, 罗颖, 申自强, 刘梦, 宋杰光, 王慈, 刘强

2024, (1): 8-12. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.002

摘要 ( ) PDF (2193KB)( )

基于改善高温工业使用的堇青石质隔热材料强度较低的问题,以蓝晶石、黏土、氧化镁粉为原料,以小麦淀粉为造孔剂和固化剂,引入适量的硅酸铝陶瓷纤维和MoO₃,通过MoO₃催化莫来石晶须在陶瓷纤维表面的原位形成,制备了具有莫来石晶须/陶瓷纤维互锁多级结构增强的堇青石质隔热材料。研究了硅酸铝陶瓷纤维在MoO₃的作用下于不同温度(1 200、1 250、1 300和1 350 ℃)热处理后对材料显微结构、常温力学性能和热导率的影响。结果表明:在MoO₃的作用下,莫来石晶须在硅酸铝纤维表面生长,基本呈现垂直趋势,部分穿插于发育良好的堇青石晶粒中;随着热处理温度的升高,硅酸铝陶瓷纤维表面的莫来石晶须由短棒状转变为细长针状,且长径比逐渐增大;这种具有纤维/晶须多级结构的堇青石质材料,其力学性能得以提高的同时热导率也降低,其中1 350 ℃热处理后试样的性能最佳。

不同碱度渣对刚玉-尖晶石浇注料的侵蚀行为研究

杨宗源, 王景然, 王桐, 张锦化, 韩兵强, 倪月娥, 柯昌明

2024, (1): 13-18. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.003

摘要 ( ) PDF (3617KB)( )

浇注料的抗渣侵蚀性能与钢渣的碱度密切相关。以烧结刚玉、缺陷尖晶石微粉、活性α-Al₂O₃微粉、电熔镁砂细粉和铝酸钙水泥(Secar71)为主要原料,制备了刚玉-尖晶石浇注料,采用静态坩埚法于1 600 ℃保温 3 h 进行抗渣试验,并用热力学模拟计算了液相量和液相组成,研究了刚玉-尖晶石浇注料对3种不同碱度渣(1.6、2.3和7.6)的抗渣侵蚀性能。结果表明:刚玉-尖晶石浇注料在高碱度渣中溶解能力有限,在熔渣-耐火材料界面极易形成尖晶石固溶体和六铝酸钙等高熔点物相,形成致密层阻挡熔渣渗透和侵蚀。而其在低碱度渣中溶解度较高,在浇注料-熔渣达到较高反应程度时,才开始形成尖晶石固溶体和六铝酸钙等高温相,无法形成有效的致密层阻止熔渣对浇注料的侵蚀和渗透。因此,刚玉-尖晶石浇注料对高碱度渣抗渣侵蚀能力较强,对低碱度渣抗渣侵蚀能力较弱。

骨料种类对铁水包用Al₂O₃-SiC-C砖性能的影响

高东升, 聂建华, 蔡曼菲, 梁永和, 张晓存

2024, (1): 19-24. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.004

摘要 ( ) PDF (3836KB)( )

骨料作为耐火材料的重要组成部分,决定着材料的各项性能。分别以粒度均为5～3、3～1和≤1 mm的高铝矾土、电熔棕刚玉、板状刚玉为骨料,以电熔白刚玉(≤0.045 mm)、SiC(≤0.075 mm)、活性α-Al₂O₃微粉(≤0.045 mm)和鳞片石墨(≤0.15 mm)等为基质,以热固性酚醛树脂为结合剂制备了Al₂O₃-SiC-C砖,研究了骨料种类(高铝矾土、电熔棕刚玉、板状刚玉)对Al₂O₃-SiC-C砖常温力学性能、高温力学性能和抗渣性能的影响。结果表明:以板状刚玉为骨料时,由于其较高的致密度和较低的杂质含量,使得Al₂O₃-SiC-C砖具有最优的高温力学性能和抗渣性能;以高铝矾土为骨料时,由于其较高的气孔率和杂质含量,导致试样高温力学性能和抗渣性最差。

废旧高铝砖在LF精炼渣中的溶解行为研究

慕鑫, 贾毅, 刘春阳, 柴光伟, 余吴明, 杜传明, 马北越

2024, (1): 25-29. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.005

摘要 ( ) PDF (2821KB)( )

LF精炼渣中Al₂O₃通常来源于铝矾土,其成分与废旧高铝砖相近,因此可用废旧高铝砖替代铝矾土作为LF精炼炉的造渣剂。将废旧高铝砖切割为17.3 mm×12.0 mm的试样与精炼渣分别在1 600 ℃反应5、10、15和25 min,分析了废旧高铝砖试样在精炼渣中反应不同时间后的溶解率、显微形貌及溶解后精炼渣成分,探讨了废旧高铝砖在精炼渣中的溶解机制。结果表明:高铝砖溶解后与精炼渣存在明显的边界层,精炼渣中MgO会优先扩散至边界层与试样溶解的Al₂O₃形成Al₂O₃-MgO固溶体,随着反应时间的增加,Al₂O₃-MgO固溶体逐渐增多,反应后期在试样表面形成Al₂O₃-MgO固溶层,抑制了溶解产物铝酸钙相向精炼渣中扩散;反应25 min后,高铝砖试样溶解率达35%,且与反应5 min后的精炼渣相比,精炼渣中Al₂O₃含量(w)由27.1%提升至30.9%。

改性轻烧氧化镁细粉的抗水化性能

薛天雨, 黄仲, 黄忍, 张海军

2024, (1): 30-34. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.006

摘要 ( ) PDF (2463KB)( )

为解决MgO的易水化问题,以乙二醇和聚异丁烯顺丁烯酸酐共聚物(ISOBAM-104)为改性剂,经混合、研磨、热处理对轻烧MgO细粉进行了改性处理,研究了ISOBAM-104的加入量(分别加入MgO细粉质量的0、1%、3%、5%、7%、9%)和热处理温度(200、250、300 ℃保温1 h)对改性后轻烧MgO的物相组成、显微结构及抗水化性的影响。结果表明:当ISOBAM-104的加入量为MgO细粉质量的7%时,经250 ℃保温1 h热处理后改性轻烧MgO的水化质量增加率最低,为2.2%。ISOBAM-104/乙二醇改性轻烧MgO细粉抗水化性能提高的主要原因是其表面生成了醇镁化合物及疏水性亚酰胺基团。

热处理时间对铜渣制备红外辐射涂层结构及性能的影响

吕自豪, 顾华志, 杨爽, 张美杰, 付绿平, 黄奥

2024, (1): 35-39. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.007

摘要 ( ) PDF (3079KB)( )

铜渣作为炼铜产生的固体废弃物,常被堆放占用土地资源,并且污染环境,其资源化利用日益受到国内外广泛关注。针对此问题,以铜渣为主要原料,松油醇为成膜剂,乙基纤维素为增稠剂,高铝砖为红外辐射涂层基底材料,于1 200 ℃热处理后制备了红外辐射涂层,研究了热处理时间(0.5、2、4和8 h)对涂层显微结构以及其分别在常温和400 ℃下发射率的影响。结果表明,涂层与高铝砖基底结合良好,且随着热处理时间的延长,涂层逐渐致密;涂层在1 200 ℃热处理8 h后,其在常温下近红外波段(0.8~2.5 μm)的发射率最高,为 0.862;热处理4 h后,涂层在使用更为广泛的中红外波段(2.5~25 μm)的发射率最高,为0.928;涂层经不同时间热处理后,在400 ℃下1~22 μm波段的发射率不断增大且全部大于0.93。结合实际应用,最佳热处理时间为4 h。

轻烧MgO粉对凝胶注模法制备MgAl₂O₄多孔陶瓷性能的影响

朴佳思, 杜庆洋, 唐钰栋, 白佳海

2024, (1): 40-43. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.008

摘要 ( ) PDF (1486KB)( )

为了降低原料成本,简化工艺流程,提高MgAl₂O₄多孔陶瓷的性能,将Al₂O₃粉和MgO粉于1 500 ℃保温2 h合成了MgAl₂O₄粉体,再外加轻烧MgO粉(外加质量分数分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%),采用凝胶注模法于1 500 ℃保温2 h制备了MgAl₂O₄多孔陶瓷,研究轻烧MgO粉外加量对MgAl₂O₄多孔陶瓷结构和性能的影响。结果表明:1)以轻烧MgO粉作为固化剂制备的MgAl₂O₄多孔陶瓷烧后线收缩率较小,具有较好的尺寸稳定性,且孔径主要分布在0.5~2.0 μm;2)随着轻烧MgO粉外加量的增加,MgAl₂O₄多孔陶瓷的显气孔率和气通量增加,显微结构较均匀;3)当轻烧MgO粉外加量(w)为2.0%时,MgAl₂O₄多孔陶瓷的综合性能最佳。

TiO₂晶型对微波加热制备TiB₂粉体的影响

陈滨, 王兴国, 李欣, 吴纪清, 唐健, 杨建红

2024, (1): 44-47. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.009

摘要 ( ) PDF (1974KB)( )

为探究TiO₂晶型(锐钛矿型和金红石型)对微波加热制备TiB₂粉体的影响,分别以锐钛矿型和金红石型TiO₂为钛源,B₄C为硼源,炭黑为碳源,在微波加热的条件下通过硼热/碳热还原法快速制备了TiB₂粉体,探讨了TiO₂晶型对微波加热制备TiB₂粉体的物相组成、显微结构以及C和O杂质含量的影响。结果表明:在微波加热条件下,2种晶型TiO₂原料在1 450 ℃反应20 min后均可制备纯相TiB₂粉体,其中金红石型TiO₂制备的TiB₂粉体呈规则的六方片状结构,晶粒发育较为完善。而锐钛矿型TiO₂制备的TiB₂则为近似球状结构。相比较,金红石型TiO₂作为硼源更有利于制备高纯度、晶型完整的TiB₂粉体。

含TiC熔渣对MgO-C砖的侵蚀机制

王东生, 吕学明, 刘亚东

2024, (1): 48-52. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.010

摘要 ( ) PDF (1377KB)( )

为了有效回收钛资源和满足高温碳化—低温氯化工艺对耐火材料的要求,采用热力学计算、XRD和SEM等研究手段分析了高温碳化过程中含TiC熔渣对MgO-C砖的侵蚀机制。热力学计算结果表明:1)温度越高,熔渣的侵蚀能力越强,当温度低于1 560 ℃时,熔渣与MgO-C砖反应生成MgAl₂O₄、Mg₂SiO₄和MgTi₂O₄等高熔点物相,对MgO-C砖侵蚀较慢,但当温度高于1 560 ℃时,前期生成的高熔点物相逐渐溶解,从而对MgO-C砖侵蚀加剧;2)随着碳化反应的进行,熔渣中TiO₂含量降低,TiC含量逐渐增加,熔渣对MgO-C砖的侵蚀逐渐减弱。用后MgO-C砖的显微结构分析发现:镁碳砖的侵蚀机制是气氛中氧气与碳反应,形成气孔,熔渣中TiO₂和SiO₂等再与基质MgO反应先形成高温中间相,随着反应进行再形成低熔点相,导致MgO-C砖逐渐被侵蚀。

新一代六铝酸钙质浇注料的研制与应用

徐国涛, 王志强, 秦世民, 刘黎, 张洪雷, 张彦文, 周旺枝

2024, (1): 53-56. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.011

摘要 ( ) PDF (1362KB)( )

针对钢包永久层用高铝质浇注料热导率较高、受温度影响大、厚度受容积限制的特点,以六铝酸钙骨料和细粉、Al₂O₃微粉为主要原料,以铝酸钙水泥为结合剂,研制了钢包永久层用六铝酸钙质浇注料。该浇注料在500、800、1 000 ℃时的热导率均在0.63 W·m^-1·K^-1左右,受温度变化影响小,隔热保温效果好;200 t钢包永久层采用六铝酸钙质浇注料配合绝热保温板使用后,钢包包壁外壳温度与原用高铝质浇注料永久层比较,温度平均降低30～50 ℃。预期通过骨料适度轻量化、减少用量及结构变化,可将六铝酸钙材料的成本降低20%~35%,同时钢水温降减少,可大幅降低钢厂的生产成本。

焦炉炭化室用后硅砖的分析研究

刘志云, 贾硕, 卢一国

2024, (1): 57-62. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.012

摘要 ( ) PDF (3641KB)( )

为了解焦炉炭化室硅砖在使用中的损毁机制,对使用了40多年的JN43型侧喷式焦炉炭化室的硅砖进行取样分析,对样品的外观、理化性能、物相组成、显微结构等进行了分析研究。分析发现:1)用后的焦炉炭化室上、中、下3个不同部位的硅砖从炭化室到燃烧室方向,都形成了颜色、质地显著不同的层带;2)煤中的焦油组分对炉墙砖产生了很强的渗透作用,而煤中氧化物组分对炉墙砖的渗透轻微;3)炉墙在高温作用下发生烧结,体积总体呈收缩趋势;4)炉墙燃烧室侧约1/3炉墙厚度内的砖中方石英和石英相消失,鳞石英晶粒显著长大,较多开口气孔变成了闭气孔,线膨胀率降低;5)炉墙靠炭化室侧约1/2炉墙内石英和方石英部分鳞石英化,造成该区域线膨胀率降低。

Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响

王志强, 徐国涛, 雷中兴, 彭肖仟, 郑吉红, 刘黎, 王心一, 刘毅, 徐炎明

2024, (1): 63-67. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.013

摘要 ( ) PDF (2439KB)( )

为研究Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响,在基质中添加与不添加尖晶石细粉的2种情况下,分别以板状刚玉骨料和Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料制备了刚玉-尖晶石浇注料。先利用FactSage反应热力学软件计算了1 600 ℃时板状刚玉和Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料与熔渣之间的反应热力学,并采用浸泡法研究了2种骨料的抗渣性能,再采用静态坩埚法研究了2种骨料对浇注料抗渣性能的影响。结果表明:与板状刚玉骨料相比,Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料侵蚀层中的裂纹细而少,遭受熔渣侵蚀后不易剥落,其过渡层中既有CA₆相也有尖晶石相,而且尖晶石相中固溶有Fe、Mn元素,该骨料不仅通过形成CA₆层来阻挡熔渣侵蚀,而且通过尖晶石吸收熔渣中FeO、MnO等物质而降低熔渣的黏度,进而起到抵抗熔渣侵蚀的作用。由Al₂O₃-MgAl₂O₄复相骨料替代板状刚玉骨料,浇注料试样的侵蚀和渗透面积百分率均有所降低,尤其在基质和骨料中同时引入尖晶石可更加有效地提高刚玉-尖晶石浇注料的抗渣性能。

微孔白云石加入量对镁钙质中间包干式料性能的影响

孟佳泽, 陈定, 顾华志, 黄奥, 付绿平

2024, (1): 68-71. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.014

摘要 ( ) PDF (1017KB)( )

以白云石为原料,采用二步煅烧法制备的致密镁钙砂是镁钙质中间包干式料常用的耐火原料。然而二步煅烧法工艺复杂,资源耗费大,且致密镁钙砂不利于中间包干式料隔热性能的提升。以一步煅烧法(1 400 ℃保温3 h)制备的微孔白云石和电熔镁砂为主要原料,分别于1 100、1 550 ℃热处理后制备了镁钙质干式料试样,研究了微孔白云石加入量(质量分数分别为0、15%、30%、45%和60%)对试样性能的影响。结果表明:随着微孔白云石加入量的增加,1 100 ℃热处理后试样的线收缩率和体积密度呈减小趋势,常温耐压强度先增大后减小;1 550 ℃热处理后试样的线收缩率先减小后显著增大,显气孔率增加,热导率大幅降低,但常温耐压强度和抗渣性能降低。当微孔白云石加入量为60%(w)时,1 550 ℃热处理后试样在800 ℃下的热导率为2.410 W·m^-1·K^-1,与传统镁质干式料相比下降了51.9%,同时常温耐压强度为26.0 MPa,在力学性能略微降低的情况下表现出优异的隔热性能。

轻质高强莫来石浇注料的组分优化和性能增强

夏玉婷, 杨文博, 饶羽彤, 聂锐杉, 姚远

2024, (1): 72-75. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.015

摘要 ( ) PDF (1057KB)( )

为积极响应双碳政策,减少工业能源消耗,亟需开发轻质高强耐火材料。以微孔莫来石、莫来石细粉、氧化铝微粉、氧化铝空心球和二氧化硅微粉为原料,水泥为结合剂,制备了轻质莫来石质浇注料,研究了氧化铝空心球加入量(加入质量分数分别为0、3%、6%和9%)对莫来石浇注料性能的影响。结果表明:氧化铝空心球能提高试样的气孔率,并促进氧化铝微粉和二氧化硅微粉生成莫来石相,解决了试样因显气孔率增大而力学性能降低幅度较大的问题。随着氧化铝空心球加入量的增加,试样的显气孔率明显增加,体积密度降低,热导率显著下降,抗热震性提高,强度降低较少。当氧化铝空心球添加量为9%(w)时,试样经1 400 ℃热处理后的显气孔率较高,体积密度和热导率较低,但常温强度仍然较高。

矾土基莫来石的性能分析

苏玉柱, 罗华明, 王涵宇, 范明明, 金懿, 占华生

2024, (1): 76-79. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.016

摘要 ( ) PDF (2145KB)( )

为分析我国典型产区矾土基莫来石的性能特点,从山西、河南、湖南等典型产区获取8种矾土基莫来石原料,其中山西A、河南A、山西B、山西C为隧道窑烧制,河南B、山西D、湖南A为回转窑烧制,湖南B为电弧炉生产。研究8种矾土基莫来石原料的显气孔率、体积密度、吸水率、显微结构和物相组成。结果表明:1)隧道窑煅烧的莫来石吸水率为2.5%~3.5%,莫来石晶粒发育完整,呈柱状,长径比大;2)回转窑煅烧的莫来石吸水率≤2.0%,莫来石晶粒小;3)电熔莫来石最致密,吸水率<1.0%,晶体发育粗壮且完整;4)矾土基莫来石原料的主要物相皆为莫来石,部分原料含有少量刚玉和金红石相,其中,电熔莫来石玻璃相含量较少,烧结莫来石含8%~14%(w)的玻璃相。

莫来石复合耐火材料的应用进展

张巍, 王京阳

2024, (1): 80-86. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.017

摘要 ( ) PDF (1027KB)( )

莫来石具有较高的熔点,较大的硬度,良好的抗热震性、抗侵蚀性、高温力学性能等。莫来石原料多通过烧结法和电熔法合成。综述了以莫来石为原料制备的莫来石复合耐火材料在陶瓷、冶金、航天、军工、水泥、玻璃等领域的研究与应用进展,指出了莫来石在耐火材料应用中的发展趋势。

SiC复合陶瓷增韧研究现状

王雯龙, 陈刚, 王红杰, 刘凯

2024, (1): 87-92. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.01.018

摘要 ( ) PDF (924KB)( )

SiC陶瓷具有优良的性能,被广泛应用于各领域,但因韧性不足而制约其作为结构材料的应用,故提升其韧性已成为研究热点和焦点。因此,综述了颗粒、晶须、纤维和低维纳米材料(碳纳米管和石墨烯)等不同增强相增韧SiC复合陶瓷的研究现状,期望为今后SiC陶瓷的增韧研究提供参考。

本期目录