谭栖桐, 赵惠忠, 余俊, 张寒, 谈利强

2024, (3): 185-189. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.001

为了合理利用固废资源、缓解资源紧张,根据堇青石的化学组成,以质量分数分别为12%的电熔镁砂收尘粉、40%的电熔刚玉收尘粉、48%的石英尾砂为原料,分别在1 320、1 350、1 380、1 390、1 400、1 410 ℃保温 3 h煅烧,制备堇青石质耐火原料,研究了煅烧温度对堇青石试样相组成、显微结构、物理性能等的影响。结果表明:在1 390 ℃之前,镁铝尖晶石和方石英逐渐反应生成堇青石直至方石英相完全消除,当煅烧温度达到 1 390 ℃时,试样中的堇青石相含量达94%(w),次晶相为镁铝尖晶石,此时试样的热膨胀系数最低,为3.2×10^-6℃^-1,体积密度较低,为1.85 g·cm^-3,热导率较低,为1.279 W·(m·K)^-1,显微结构较致密,综合性能最优。

固相反应合成MgAl₂O₄多孔纤维的研究

王昕悦, 许晴, 朱欣欣, 周瑞琪, 段红娟, 张海军, 李少平

2024, (3): 190-194. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.002

摘要 ( ) PDF (2291KB)( )

MgAl₂O₄纤维的主要制备方法为气相法,但该方法存在反应温度高、制备成本高以及产率低等问题。将碱式硫酸镁晶须作为模板,分别与铝溶胶或α-Al₂O₃微粉混合,通过固相反应制备了MgAl₂O₄多孔纤维,研究了热处理温度(1 000、1 100和1 300 ℃)和保温时间(3、10 h)以及铝源(铝溶胶和α-Al₂O₃微粉)对MgAl₂O₄多孔纤维合成的影响。结果表明:1)与α-Al₂O₃微粉相比,以铝溶胶为铝源时,纤维中MgAl₂O₄生成量更高;2)随着热处理温度的升高,Al₂O₃与MgO逐渐反应完全,MgAl₂O₄的生成量不断增加,MgAl₂O₄多孔纤维上有小而均匀的纳米孔;3)最佳制备工艺是以铝溶胶为铝源,在1 300 ℃保温3 h。

Y₂O₃对氧化物结合Ti(C,N)复合材料性能的影响

程旭, 邓承继, 董博, 邹起良, 丁军, 王周福, 朱万政, 肖语嫣, 祝洪喜, 余超

2024, (3): 195-198. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.003

摘要 ( ) PDF (1716KB)( )

为探究稀土氧化物对Ti(C,N)复合材料性能的影响,以TiO₂粉、石墨粉和Si粉为原料,Y₂O₃粉为烧结助剂,采用碳热还原氮化法经1 600 ℃高温烧成制备氧化物结合Ti(C,N)材料。研究Y₂O₃添加量(加入质量分数分别为1%、2%、4%)对Ti(C,N)复合材料物相组成、显微形貌及物理性能的影响。结果表明,高温烧后试样的主物相均为Ti(C,N)、Ti₃O₅、α-石英及Y₂Si₂O₇。随Y₂O₃添加量的增大,试样中液相生成量增多,使Ti(C,N)晶粒粗化,Y₂Si₂O₇物相分布不均匀,试样的力学性能受损。当Y₂O₃添加量(w)为1%时,Ti(C,N)晶粒的平均尺寸约为0.76 μm,复合材料具有较高致密度及优异的力学性能,其显气孔率、常温抗折强度和弹性模量分别为0.8%、242.2 MPa和230.3 GPa。

CaO对MgAl₂O₄材料和ZrO₂-MgAl₂O₄材料侵蚀机制研究

刘中飞, 吴锋, 李心慰, 梁效诚, 罗旭东, 钱国华

2024, (3): 199-203. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.004

摘要 ( ) PDF (2657KB)( )

为了研究CaO对MgAl₂O₄材料和ZrO₂-MgAl₂O₄材料的侵蚀机制,以MgAl₂O₄微粉、脱硅锆微粉和分析纯碳酸钙为原料,将碳酸钙煅烧、粉碎后得CaO微粉,以MgAl₂O₄粉和CaO粉质量比为4∶1制备了MgAl₂O₄材料,以脱硅锆粉、MgAl₂O₄粉、CaO粉质量比为3∶4∶1制备了ZrO₂-MgAl₂O₄材料,并分别于1 500、1 600、1 700 ℃保温3 h煅烧。利用相图和热力学计算分析了体系中可能发生的反应,利用XRD和SEM分析了烧后试样的物相组成和显微结构。结果表明: 对于MgAl₂O₄材料,CaO与MgAl₂O₄会反应生成低熔点CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃。对于ZrO₂-MgAl₂O₄材料,大量CaO与ZrO₂反应生成高熔点c-ZrO₂和CaZrO₃,而剩余少量CaO与MgAl₂O₄反应生成CaO·Al₂O₃,减少了低熔点相的生成。

二步烧结法制备锆酸钙材料的研究

王猛, 温淑华, 于景坤, 袁磊, 温天朋

2024, (3): 204-207. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.005

摘要 ( ) PDF (1492KB)( )

为提高锆酸钙材料的致密度,以碳酸钙和氧化锆为原料,采用预烧—破碎—压制成型—高温烧成的二步烧结法制备了锆酸钙(CaZrO₃)材料,主要研究预烧温度(分别为1 200、1 300、1 400、1 500 ℃)对CaZrO₃材料显微结构和常温性能的影响。结果表明:1)采取二步烧结法能使原料分布均匀,反应彻底,避免了氧化锆相变导致的试样膨胀开裂;2)预烧温度为1 400 ℃时,试样的综合性能最优,主晶相CaZrO₃可达99%(w),平均晶粒尺寸为4~5 μm,显气孔率为1.6%,体积密度为4.40 g·cm^-3,常温耐压强度为590 MPa。

聚丙烯纤维对刚玉-六铝酸钙浇注料抗热震性能的影响

田朋丹, 王刚, 杜鹏辉, 冯海霞, 王来稳, 潘元帅

2024, (3): 208-212. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.006

摘要 ( ) PDF (1850KB)( )

为改善刚玉-六铝酸钙浇注料的性能,以刚玉、六铝酸钙(CA₆)、活性α-Al₂O₃微粉为主要原料,在 1 550 ℃ 保温4 h,制备了水合氧化铝结合的刚玉-CA₆浇注料,研究了不同聚丙烯纤维加入量(外加质量分数分别为0、0.04%、0.08%、0.12%和0.16%)对刚玉-CA₆浇注料性能尤其是抗热震性的影响。结果表明:1)聚丙烯纤维的加入可使试样平均线膨胀系数减小,但会导致试样强度和体积密度有所降低,进而导致弹性模量减小;2)适量聚丙烯纤维的加入可改善试样抗热震性,但过量的聚丙烯纤维会导致材料内部结构疏松、致密度减小,试样抗热震性反而有所降低;3)聚丙烯纤维加入量为0.08%(w)时,常温抗折强度保持率最高,为53.5%,表现出最佳的抗热震性能。

预合成CaZrO₃对镁锆质耐火材料性能的影响

梁效诚, 冯雨, 刘中飞, 罗旭东, 黄敏, 吴锋

2024, (3): 213-217. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.007

摘要 ( ) PDF (2101KB)( )

为提高镁锆材料的性能,首先以碳酸钙、脱硅锆和CeO₂为原料,制备不同CeO₂外加量(加入质量分数分别为0、1%和2%)的≤0.074 mm的预合成CaZrO₃粉,然后分别将其与3~1、1~0.074和≤0.074 mm的电熔镁砂混匀,在250 MPa压力下压制为圆柱试样和长条试样,于1 600 ℃保温3 h热处理制备了镁锆质耐火材料。研究了预合成CaZrO₃粉加入量(质量分数分别为10%、15%和20%)对材料性能的影响。结果表明:1)一定量的CeO₂与ZrO₂形成固溶体,使ZrO₂在室温下以t-ZrO₂形式存在,稳定了ZrO₂的晶型,促进了CaZrO₃的生成。2)CeO₂促进烧结,有利于致密化;CaZrO₃、ZrO₂与方镁石之间的热膨胀系数差产生的微裂纹增韧提高了抗热震性;材料与RH炉渣生成的复合尖晶石和CaZrO₃,堵塞气孔,提高了抗渣性。3)当外加1%(w)CeO₂预合成CaZrO₃,且预合成CaZrO₃加入量为20%(w)时,试样性能最佳。

硅溶胶-酚醛树脂共结合Al₂O₃-SiC-C砖性能研究

吕宝栋, 高东升, 鞠茂奇, 杨帆

2024, (3): 218-223. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.008

摘要 ( ) PDF (1755KB)( )

为了缓解酚醛树脂碳化引起的Al₂O₃-SiC-C砖组织结构劣化,提升Al₂O₃-SiC-C砖的力学性能和抗渣性能,以粒度分别为5～3、3～1和≤1 mm的高铝矾土为骨料,以电熔白刚玉(≤0.045 mm)、SiC(≤0.075 mm)、α-Al₂O₃微粉和鳞片石墨(≤0.15 mm)等为基质,以热固性酚醛树脂和硅溶胶为结合剂,制备了硅溶胶-酚醛树脂共结合Al₂O₃-SiC-C砖。在酚醛树脂外加量为4.5%(w)的基础上,探究了硅溶胶的加入量(外加质量分数分别为0、0.45%、0.90%和1.35%)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:引入适量硅溶胶可以有效提升Al₂O₃-SiC-C砖的力学性能及抗渣性能,当硅溶胶加入量为0.45%(w)时,试样具有优异的常温、高温力学性能及抗渣性能。

发泡-自发凝固浇注法制备镁铝尖晶石质多孔材料

矫长发, 李国华, 孙格格, 田琳, 康驰

2024, (3): 224-229. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.009

摘要 ( ) PDF (2775KB)( )

为了提高热工窑炉的热效率,降低热能损耗,以工业级中档镁砂细粉(d₅₀=34.2 μm)、煅烧氧化铝粉(d₅₀=3.4 μm)为原料,油酸钾为发泡剂,羧甲基纤维素钠为稳泡剂,异丁烯与马来酸酐交替共聚物(ISOBAM-104,简称“IB”)为固化剂,采用发泡-自发凝固浇注法制备镁铝尖晶石质多孔材料,研究了IB加入量(外加质量分数分别为0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)对料浆和1 500 ℃保温3 h烧后试样性能的影响。结果表明:1)随IB加入量增加,料浆的膨胀比减小,Zeta电位的绝对值先增大后减小,烧后试样的显气孔率减小,体积密度增大,常温耐压强度先升高后降低,气孔分布由紧密堆积变为独立分散,孔壁增厚,热导率先增大后减小。2)当IB加入量为0.3%(w)时,Zeta电位为-52.6 mV,料浆最稳定;烧后试样的常温耐压强度最大,为32.7 MPa,显气孔率为54.4%,体积密度为1.63 g·cm^-3,热导率为0.205 W·m^-1·K^-1(350 ℃);平均气孔尺寸最小,为46.8 μm,综合性能最佳。

氧化硼对Al₂O₃-SiC-C质浇注料力学性能的影响

邵荣丹, 鞠茂奇, 程水明, 夏昌勇, 李旭治, 张寒, 单江博

2024, (3): 230-233. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.010

摘要 ( ) PDF (2056KB)( )

为了利用氧化硼“间接烧结”特性,进一步提升Al₂O₃-SiC-C质浇注料的力学性能,以氧化硼(≤0.075 mm)为助烧剂,制备了以FM60莫来石颗粒、致密刚玉、碳化硅、α-Al₂O₃微粉等为主要原料的浇注料,探究了氧化硼细粉加入量(加入质量分数分别为0、0.2%、0.4%和0.6%)对Al₂O₃-SiC-C质浇注料结构与性能的影响。结果表明,添加氧化硼细粉会显著提升浇注料的加水量,但其有利于晶须状莫来石的生成,从而加强骨料和基质间的结合强度,试样的力学性能得到明显提升。但当氧化硼细粉加入量提高至0.6%(w)时,试样中莫来石晶须长径比减小,试样的强度降低。综合以上结果,氧化硼最佳加入量为0.4%(w)。

高精炼比模式下钢包渣线镁碳砖的研制及应用

何维祥, 罗明, 何亮, 柯极峰

2024, (3): 234-237. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.011

摘要 ( ) PDF (1580KB)( )

为提高MgO-C砖使用寿命,在分析了国内某钢厂210 t精炼钢包在高精炼比冶炼模式下的渣线MgO-C砖损毁机制的基础上,以97级电熔镁砂、鳞片石墨、富镁尖晶石微粉、抗氧化剂(Al粉+Si粉)和酚醛树脂为原料制备镁碳砖,研究了以不同量(加入质量分数分别为0、3%、6%)的富镁尖晶石微粉等量替代电熔镁砂细粉对试样物理性能、抗氧化性、抗渣性的影响。结果表明:与未添加富镁尖晶石微粉试样相比,添加3%(w)富镁尖晶石微粉时,试样的力学性能、抗氧化性和高温抗折强度都有明显提升,线膨胀率有一定下降;但随着富镁尖晶石微粉加入量增加至6%(w),试样的综合性能呈现下降趋势。将加入3%(w)富镁尖晶石微粉的镁碳砖应用在钢包渣线上,在高精炼比冶炼工况条件下,镁碳砖“馒头状”熔损和竖缝等问题得到明显改善。

用后铁沟料加入量对Al₂O₃-SiC-C质浇注料性能的影响

鞠茂奇, 马骁一, 程水明, 夏昌勇, 魏建修, 张晓存, 单江博, 高东升

2024, (3): 238-241. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.012

摘要 ( ) PDF (1545KB)( )

为提高用后耐火材料的再利用率,以棕刚玉、用后铁沟料、白刚玉、碳化硅、α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉等为主要原料,制备了Al₂O₃-SiC-C质浇注料。探究了用后铁沟料加入量(加入质量分数分别为0、14%、28%、42%和56%)对浇注料性能的影响。结果表明,随用后铁沟料加入量的增加,浇注料的加水量显著增加,试样经 1 450 ℃保温3 h热处理后由膨胀转变为收缩,试样经110 ℃保温24 h及1 450 ℃保温3 h热处理后的体积密度、常温抗折强度、抗侵蚀性能均呈现下降趋势,但当用后铁沟料加入量不超过28%(w)时,性能下降幅度较小。将用后铁沟料加入量为28%(w)的浇注料用于1 080和1 350 m³高炉铁沟支沟与渣沟,取得了良好服役效果,主体结构服役周期大于70 d。

预氧化对焦炉用氮化物结合碳化硅材料抗氧化性的影响

孟红涛, 马龙斌, 刘鑫

2024, (3): 242-245. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.013

摘要 ( ) PDF (1543KB)( )

为改善焦炉用碳化硅材料的抗氧化性,以碳化硅颗粒(2.5～1.43、1.43～0.5、0.5～0.088 mm)及细粉(≤0.088 mm)、单质硅粉(≤0.088 mm)、氧化铝微粉(≤0.044 mm)、SiO₂微粉(≤1 μm)为原料,木质素为结合剂,于1 420 ℃保温10 h氮化烧成SiAlON-SiC、Si₂N₂O-SiC和Si₃N₄-SiC耐火材料试样,再分别经650、850、1 050、1 250 ℃保温5 h预氧化。研究预氧化对氮化后试样抗氧化性的影响。结果表明:1)在较低温度(≤850 ℃)下,Si₃N₄-SiC材料的抗氧化性优于SiAlON-SiC与Si₂N₂O-SiC材料的,在850~1 250 ℃时,SiAlON-SiC材料的抗氧化性最好。2)3种氮化后试样中,经1 250 ℃预氧化后SiAlON-SiC试样的显气孔率最低,为2.4%,抗氧化性最优,因为氧化后试样表面形成了氧化层,可以降低显气孔率从而提高抗氧化性。3)在焦炉换热器方面,850 ℃以下区域选择氮化硅结合碳化硅材料,850 ℃以上区域选择赛隆结合碳化硅材料;在焦炉脱硝管方面,选择赛隆结合碳化硅材料更为合适。

铁尾矿制备碳化硅多孔陶瓷材料及其性能研究

关昀鹤, 郑丽君, 罗旭东, 牛舒楠

2024, (3): 246-250. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.014

摘要 ( ) PDF (1661KB)( )

为了探究铁尾矿的再利用,以铁尾矿和无烟煤为原料,经碳热还原反应制备了碳化硅多孔陶瓷试样,研究了C与SiO₂物质的量比(C和SiO₂物质的量比分别为3∶1、 4∶1、5∶1和6∶1)及热处理温度(1 200、1 300、1 400和1 500 ℃)对碳化硅多孔陶瓷试样显微结构、力学性能和热导率的影响。结果表明:碳化硅多孔陶瓷主晶相为β-SiC,次晶相为Fe₅Si₃和Fe₃Si。随着热处理温度升高,C与SiO₂物质的量比增加,碳热还原反应越充分,β-SiC相含量逐渐增加,试样的体积密度和常温耐压强度降低,显气孔率增加,热导率降低。当热处理温度为1 500 ℃,C与SiO₂物质的量比为6∶1时,试样的体积密度为1.25 g·cm^-3,显气孔率为62.3%,常温耐压强度为35.0 MPa,800 ℃时热导率为0.150 W·m^-1·K^-1,综合性能最佳。

熔融还原炼铁工艺用耐火材料的研究进展

刘然, 刘晏廷, 高艳甲, 邓勇

2024, (3): 251-256. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.015

摘要 ( ) PDF (1436KB)( )

相较于高炉炼铁工艺,HIsmelt和Corex两种熔融还原炼铁工艺几乎不使用焦炭,且资源利用效率高,环保优势突出,但这两个工艺的熔渣中FeO含量普遍偏高,且技术成熟度和炉内反应机制的深入了解仍然不足,导致熔融还原炉的寿命普遍低于高炉的。分析了HIsmelt和Corex两大工艺的流程特点,总结了HIsmelt和Corex工艺用耐火材料的材料选择、维护和性能优化等方面的研究现状,指出了熔融还原炼铁工艺用耐火材料存在的问题及改进方向。

菱镁矿除杂提质研究进展

齐笑, 付亮亮, 白丁荣, 许光文

2024, (3): 257-262. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.016

摘要 ( ) PDF (1175KB)( )

杂质的存在严重影响镁质产品的质量和应用范围,因此对菱镁矿的除杂提质加工具有至关重要的意义。综述了近年来菱镁矿除杂提质技术研究进展,并展望了菱镁矿除杂技术未来的发展方向,以期为菱镁矿资源利用率的提高提供助力。

氢冶金工艺及氢基竖炉用耐火材料研究进展

陈天任, 王战民, 秦红彬, 梁成凯, 李旭治

2024, (3): 263-269. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.017

摘要 ( ) PDF (998KB)( )

在倡导节能减排的双碳目标背景下,钢铁行业氢冶金相关工艺技术正不断进步。随着氢还原竖炉冶炼工艺的发展和推广,对于氢基竖炉用耐火材料的性能提出了新的要求,相关研究受到了广泛关注。综述了氢冶金相关原理及工艺技术的研究发展现状,介绍了H₂气氛下耐火材料的服役行为和氢基竖炉用耐火材料的研究进展,展望了氢基竖炉用耐火材料的研究趋势和未来发展方向。

高导热氮化硅陶瓷的制备研究进展

周玉栋, 李世鹏, 王文武, 张一帆, 赵辰啸

2024, (3): 270-276. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.018

摘要 ( ) PDF (939KB)( )

氮化硅陶瓷因其杰出的导热性能而备受瞩目,被广泛应用于电子、能源、航空航天和化工等领域。综述了高导热氮化硅陶瓷的制备研究进展,重点关注粉体原料、烧结助剂、成型以及烧结工艺等方面的研究成果,以深入了解该领域的前沿进展并揭示未来的发展趋势。

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