李有奇, 何健, 陈俊峰, 张嘉良, 李正坤

2025, (1): 1-7. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.001

为了提高Al₂O₃-SiC-C浇注料的综合服役性能,采用化学燃烧法合成的微晶氮化硅/氮氧化硅(Si₃N₄/Si₂N₂O)复相粉体为添加物,以棕刚玉、板状刚玉、碳化硅、活性α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉、纯铝酸钙水泥、单质Si粉和球沥青为原料,制备了Al₂O₃-SiC-C浇注料。研究了复相粉体外加量(外加质量分数分别为0、1%、2%、3%和5%)对浇注料性能的影响,同时探究Si₃N₄/Si₂N₂O增强试样综合性能的作用机制。结果表明:1)Si₃N₄/Si₂N₂O复相粉可以显著改善Al₂O₃-SiC-C浇注料的力学性能、抗氧化性能和抗热震性;2)Si₃N₄/Si₂N₂O 复相粉通过填充孔隙、促进烧结反应进行、生成晶须状物质等途径优化了浇注料的显微结构,提高了浇注料的综合性能;3)当Si₃N₄/Si₂N₂O复相粉外加量为3%(w)时,浇注料的性能最佳。

Y₂Si₂O₇增强SiC质耐火材料抗高温水蒸气腐蚀性能研究

薛海涛, 刘星宇, 陈定, 顾华志, 李少飞黄奥, 付绿平, 伍书军

2025, (1): 8-12. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.002

摘要 ( ) PDF (1640KB)( )

为解决高温水蒸气对垃圾焚烧炉用SiC质耐火材料产生的严重腐蚀,以SiC颗粒和细粉为主原料,硅溶胶为结合剂,Y₂O₃粉为添加剂,在150 MPa的压力下压制成140 mm×25 mm×25 mm的长条试样,经 1 400 ℃保温3 h烧成制备Y₂Si₂O₇增强SiC质耐火材料,再经1 000 ℃保温100 h水蒸气腐蚀。研究Y₂O₃粉的添加量(添加质量分数分别为0、1.5%、3.0%、4.5%)对烧后试样和水蒸气腐蚀后试样的性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:添加Y₂O₃会造成烧后SiC质耐火材料的显气孔率上升,常温抗折强度下降;但是随着Y₂O₃添加量的增加,经1 000 ℃保温100 h水蒸气腐蚀后试样的体积密度和常温抗折强度增加,水冷热震5次后的常温抗折强度增加,因为1 400 ℃高温烧成过程中Y₂O₃和SiO₂原位反应生成Y₂Si₂O₇增强相,其与SiC基体结合紧密,且Y₂Si₂O₇在高温水蒸气条件下稳定性好,与SiC基体热膨胀系数接近,能够提高SiC质耐火材料的抗高温水蒸气腐蚀性能。

h-BN对低碳Al₂O₃-C耐火材料性能的影响

罗益欣, 王杏, 刘正龙, 余超, 邓承继, 丁军

2025, (1): 13-18. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.003

摘要 ( ) PDF (2821KB)( )

针对低碳Al₂O₃-C耐火材料因碳含量的降低致使材料的抗氧化性能和抗侵蚀性能恶化,难以适应冶炼技术发展等问题,以电熔白刚玉、α-Al₂O₃微粉、Al粉、Si粉和鳞片石墨为主要原料,采用h-BN为添加剂制备低碳Al₂O₃-C耐火材料。研究h-BN的添加量(质量分数分别为0、1%、3%、5%)对低碳Al₂O₃-C耐火材料物相组成、抗氧化性能、抗侵蚀性能等的影响,并结合热力学模拟分析揭示h-BN对Al₂O₃-C耐火材料抗侵蚀性能的作用机制。结果表明:随着h-BN添加量的增加,试样经1 600 ℃热处理后内部陶瓷相含量增加;高温氧化环境下,h-BN促进了试样脱碳层中Al₁₈B₄O₃₃和Al₆Si₂O₁₃的生成,从而改善了耐火材料的抗氧化性能;h-BN通过提高熔渣黏度以及生成高熔点相来增强试样的抗侵蚀性能。

BaO对镁钙质耐火材料结构与抗渣性能的影响

权亦远, 刘浩, 王周福, 马妍, 朱宇轩, 邓承继, 王玺堂

2025, (1): 19-24. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.004

摘要 ( ) PDF (3290KB)( )

针对镁钙质耐火材料烧结难、抗渣渗透性差等问题,以镁钙砂为主要原料,乙酸钡为钡源添加剂,制备镁钙质耐火材料。研究乙酸钡加入量(外加质量分数为0、3.5%、7%、10%)对其物相组成、显微结构、主要物理性能及抗渣渗透性的影响。结果表明:1)乙酸钡分解的BaO促进了MgO、CaO晶粒的发育长大,同时BaO与CaO及镁钙砂中SiO₂杂质反应生成Ba_1.55Ca_0.45SiO₄,填充孔隙,促进烧结,提高了材料的致密性与力学性能;2)与熔渣相互作用过程中,颗粒间的Ba_1.55Ca_0.45SiO₄固溶熔渣中的Ca²⁺形成Ba_0.48Ca_1.52SiO₄,提高了渗透层附近熔渣的黏度,抑制了熔渣向耐火材料内部渗透,增强了镁钙质耐火材料的抗渣渗透能力;3)当乙酸钡外加量为7%(w)时,材料的综合性能最好。

MgO-ZrO₂-MgAl₂O₄质耐火材料性能的研究

刘中飞, 吴锋, 梁效诚, 孙家朐, 裴宇航, 罗旭东, 袁其琛

2025, (1): 25-30. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.005

摘要 ( ) PDF (1767KB)( )

为了克服RH精炼炉用耐火材料苛刻的使用环境,以特级菱镁矿、脱硅锆和镁铝尖晶石为原料预合成镁锆尖晶石,然后与不同粒级的电熔镁砂混合、成型、烘干、煅烧制备出MgO-ZrO₂-MgAl₂O₄质耐火材料。研究了预合成镁锆尖晶石加入量(加入质量分数分别为10%、20%、30%)对MgO-ZrO₂-MgAl₂O₄质耐火材料性能的影响。结果表明:1)随着预合成镁锆尖晶石加入量的增加,MgO-ZrO₂-MgAl₂O₄质耐火材料的体积密度逐渐增大,显气孔率、线收缩率和常温抗折强度逐渐减小,抗渗透性逐渐提高,而抗侵蚀性略微降低。2)当预合成镁锆尖晶石加入量(w)为20%时,MgO-ZrO₂-MgAl₂O₄质耐火材料具有较低的线膨胀系数,并表现出最优的断裂韧性和抗热震性。综合来看,预合成镁锆尖晶石的最佳加入量(w)为20%。

31~37高放射性废物硼硅酸盐玻璃液对铬刚玉材料的侵蚀研究

曲晓锐, 陈留刚, 刘萍, 高广泽, 付琪琪, 张利新

2025, (1): 31-37. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.006

摘要 ( ) PDF (2180KB)( )

为了研究高放射性废物硼硅酸盐玻璃液对铬刚玉材料的侵蚀机制与行为,采用动态圆柱体侵蚀试验结合热力学计算,对比分析了模拟的高放射性废物硼硅酸盐玻璃液于1 200 ℃侵蚀熔铸铬刚玉及烧结铬刚玉耐火材料的侵蚀机制。采用电子探针结合波谱仪分析侵蚀试验前后的两种铬刚玉耐火材料显微结构和化学组成,并探讨了其侵蚀机制。结果表明:1)两种铬刚玉材料中的(Cr,Al)₂O₃、Al₂O₃相、ZrO₂和富SiO₂相均会溶解入玻璃液中,(Cr,Al)₂O₃固溶体中Al₂O₃溶解入玻璃液中,而Cr₂O₃不溶解;2)玻璃液渗透入熔铸铬刚玉材料中主要通过富SiO₂相,而渗透入烧结铬刚玉材料中主要通过孔隙通道,因此熔铸铬刚玉材料侵蚀较为均匀,而烧结铬刚玉材料侵蚀不均匀;3)降低熔铸铬刚玉材料中的富SiO₂相或增加烧结铬刚玉材料中(Al,Cr)₂O₃固溶体含量,将有利于熔铸或烧结铬刚玉材料抗玻璃液侵蚀性能。

中空骨料对轻质MgO-MgAl₂O₄-C耐火材料力学性能的影响

黄科, 殷超凡, 王黎, 于仁红, 董宾宾臧云飞, 梁艳晨, 李满仓, 秦峰

2025, (1): 38-44. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.007

摘要 ( ) PDF (2238KB)( )

为了有效降低内衬材料的热量损失,保持钢液温度稳定,以高纯电熔镁砂、自制镁铝尖晶石中空骨料、α-Al₂O₃微粉、镁铝尖晶石粉、Si粉、Al粉和鳞片石墨为主要原料,以热固性酚醛树脂为结合剂,经1 200 ℃和 1 400 ℃埋碳热处理制备了MgO-MgAl₂O₄-C耐火材料。探究了自制镁铝尖晶石中空骨料加入量(加入质量分数分别为0、3%、6%、9%)对轻质MgO-MgAl₂O₄-C耐火材料力学性能的影响。结果表明:经1 200 ℃热处理后试样中有SiC和AlN产生,升温至1 400 ℃时生成了片状MgAlON。随着镁铝尖晶石中空骨料加入量的增加,试样的显气孔率上升,体积密度下降。当热处理温度为1 400 ℃时,加入6%(w)镁铝尖晶石中空骨料试样的常温抗折强度和耐压强度均达到最大值,分别为14.8 MPa和121 MPa,抗折强度保持率高达80%。中空骨料的引入改变了应力分布方向,形成了不同的耗散机制,实现了对材料的增强增韧。

纳米TiO₂加入量对镁钙砂性能的影响

臧伟楠, 栾舰, 王春艳, 李佳, 韩昊鹏

2025, (1): 45-49. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.008

摘要 ( ) PDF (1898KB)( )

为了改善镁钙材料的抗水化性能并进一步提高其他性能,以白云石粉和轻烧镁粉为主要原料,外加纳米TiO₂,以酚醛树脂为结合剂,在100 MPa下成型,经1 650 ℃煅烧3 h制成镁钙砂试样,研究了TiO₂外加量(外加质量分数分别为0、2%、4%、6%和8%)对其性能的影响。结果表明:纳米TiO₂的引入可使材料内产生固溶体,促进晶粒长大,同时材料内会有新相CaTiO₃和Ca₄Ti₃O₁₀生成,提高颗粒间结合程度,但过量的新相生成会阻碍材料内气体排出,影响烧结过程。随着纳米TiO₂外加量的增加,试样中CaTiO₃和Ca₄Ti₃O₁₀的含量增加,体积密度逐渐降低,显气孔率逐渐增大,常温抗折强度、常温耐压强度和抗水化性能以及热震后的常温抗折强度先增大后减小。当纳米TiO₂外加量为2%(w)时,试样的强度、抗热震性和抗水化性能最高。

镁砂颗粒加入量对MgO-Al₂O₃-SiO₂系蓄热材料性能的影响

杜鹏辉, 赵豫鸽, 王刚, 孙红刚, 王来稳

2025, (1): 50-53. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.009

摘要 ( ) PDF (2054KB)( )

为制备高性能的固体电热储能锅炉用蓄热材料,以高铝矾土和电熔镁砂为原料,亚硫酸纸浆废液为结合剂,在100 MPa下压制成50 mm×50 mm的试样,经1 360 ℃保温4 h热处理制备MgO-Al₂O₃-SiO₂系蓄热材料。研究镁砂的加入量(加入质量分数分别为0、10%、30%、50%)对该材料的物相组成、显微结构、物理性能及蓄热性能的影响。结果表明:1)引入镁砂后,蓄热材料的物相组成、结构形貌均发生明显改变,材料整体呈现镁砂颗粒-环状气孔-尖晶石/堇青石反应层-莫来石的梯度结构;2)随镁砂加入量的增加,试样的体积密度、比热容、蓄热密度和热导率增大,说明材料蓄热能力和热效率提升,常温耐压强度先升高后降低,热膨胀系数先降低后升高,过量的镁砂会产生过多液相,导致材料内部产生缺陷,强度降低;3)当镁砂的加入量为30%(w)时,材料综合性能最优。

利用铁尾矿制备莫来石材料的研究

孙家朐, 刘新, 丁璇, 吴锋, 罗旭东

2025, (1): 54-58. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.010

摘要 ( ) PDF (1694KB)( )

为提升铁尾矿的综合利用率,以铁尾矿为硅源,Al(OH)₃为铝源,通过固相反应烧结法制备莫来石材料,研究了热处理温度(1 250、1 300、1 350和1 400 ℃保温3 h)对莫来石材料微观形貌及烧结性能的影响。结果表明:1)铁尾矿中的Fe³⁺在固相反应过程中可以部分取代莫来石中的Al³⁺形成含铁莫来石固溶体,导致晶格常数增大,使莫来石衍射峰向小角度偏移;2)热处理温度的升高使得体系中液相增多,莫来石形貌由颗粒状逐渐生长成柱状;3)经1 350 ℃热处理3 h可以制备出综合性能优异的莫来石材料,其显气孔率为18.2%,体积密度为2.53 g·cm^-3,常温抗折强度为58.8 MPa。

表面改性剂对水泥窑用抗侵蚀涂层性能的影响

李睿, 宋博, 马淑龙, 高长贺, 田琳, 李国华, 张馥溶

2025, (1): 59-64. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.011

摘要 ( ) PDF (2826KB)( )

为提高水泥窑用硅莫质耐火材料抗侵蚀性能,以硅莫砖为基体,煅烧氧化铝粉为填料,铝溶胶为结合剂,分别以十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、聚乙二醇4000(PEG 4000)、十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和铝锆偶联剂(DH-550)为表面改性剂。采用料浆法经1 450 ℃保温3 h制备抗侵蚀涂层,研究表面改性剂(DTAB、PEG 4000、BS-12和DH-550)对涂层Zeta电位、涂层与基体间结合能力及抗侵蚀性的影响。结果表明:1)改性剂的加入提高了涂层料浆的Zeta电位,使涂层料浆表面张力减小,稳定性提高;2)对于离子型改性剂DTAB和BS-12可通过解离产生阴离子,利用静电作用提高料浆的Zeta电位和稳定性,非离子改性剂PEG 4000和DH-550通过化学键合在料浆填料表面形成有机亲水保护膜,通过空间位阻作用提高Zeta电位和料浆的稳定性;3)涂层的存在可提高硅莫砖抗侵蚀性能,最佳改性剂为DH-550。添加DH-550的试样经1 450 ℃热处理后,涂层与基体间结合致密,涂层内未见气孔和裂纹,表现出优良的抗侵蚀性。

65~69工艺参数对Al₂O₃-C耐火材料抗氧化性和抗水化性的影响

张瑞, 孙旭东, 魏瀚, 袁彪, 王俊涛袁林, 刘士范, 陈松林

2025, (1): 65-69. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.012

摘要 ( ) PDF (1449KB)( )

为了研究各因素对Al₂O₃-C耐火材料抗氧化和抗水化性能的影响,以优化其制备工艺,以板状刚玉、Al粉、电熔锆刚玉、活性氧化铝粉、鳞片石墨为主要原料,使用热固性酚醛树脂为结合剂,采用液压成型制成 50 mm×50 mm 的圆柱体试样,在埋碳气氛下对试样进行了热处理。选取Al粉加入量(加入质量分数分别为6%、9%和12%)、石墨加入量(加入质量分数分别为5%、15%和25%)、热处理温度(680、950、1 500 ℃)和保温时间(3、6、9 h)为研究因素,每个因素选取3个水平进行正交设计,分析了其对Al₂O₃-C耐火材料抗氧化和抗水化性能的影响。结果表明:1)Al粉加入量和石墨加入量为影响抗氧化性能的主要因素,而热处理温度和保温时间为次要因素;2)Al粉加入量和热处理温度是影响抗水化性能的主要因素,而石墨加入量和保温时间为次要因素;3)综合考虑,最优工艺为:Al粉加入量9%(w),石墨加入量5%(w),热处理温度1 500 ℃,保温时间 6 h,制备的试样中存在柱状的Al₄O₄C,能够显著提高材料的抗氧化和抗水化性能。

活性MgO加入量对刚玉-尖晶石质浇注料性能的影响

何旭辉, 赵宗强, 高广泽, 张洪睿, 陈留刚, 李建伟

2025, (1): 70-75. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.013

摘要 ( ) PDF (1448KB)( )

为提高刚玉-尖晶石质浇注料的性能,以活性MgO为结合剂,板状刚玉、活性氧化铝微粉和乳酸铝为主要原料,制备了刚玉-尖晶石质浇注料,研究了活性MgO加入量(加入质量分数分别为1%、3%、5%和7%)对刚玉-尖晶石质浇注料物理性能及抗渣性能的影响,结合显微结构和物相组成变化,分析了活性MgO加入量对其性能影响机制。结果表明:1)浇注料养护和干燥后的强度随活性MgO加入量的增加而增加,而显气孔率呈下降趋势。2)经1 600 ℃热处理后,浇注料的强度随着活性MgO加入量的增加而降低,加热永久线变化逐渐增大,浇注料的抗渣侵蚀性能减弱,抗渣渗透性能呈先增强后减弱的趋势。3)当活性MgO加入量为3%(w)时,活性MgO结合刚玉-尖晶石质浇注料表现出最佳的综合性能。

高钛渣添加量对Al₂O₃-SiC-C浇注料性能的影响

邹泽辉, 童胜利, 朱子云

2025, (1): 76-81. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.014

摘要 ( ) PDF (2070KB)( )

为了进一步改善高炉出铁沟用Al₂O₃-SiC-C浇注料的性能,以棕刚玉、碳化硅、球沥青等为主要原料,高钛渣为添加剂,制备了Al₂O₃-SiC-C浇注料。研究了高钛渣添加量(加入质量分数分别为0、1%、2%、3%和4%)和热处理温度(1 200和1 500 ℃保温3 h)对浇注料性能的影响。结果表明:1)相较于1 200 ℃,经 1 500 ℃保温3 h热处理后,试样中生成TiC,同时烧结状态得到改善,试样性能得到提升;2)高钛渣的引入促进了试样的烧结,随着高钛渣添加量的增加,试样的体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度、抗氧化性和抗渣侵蚀性均先提升后下降;3)当高钛渣添加量为3%(w)时,经1 500 ℃保温3 h后,试样的综合性能最佳,其体积密度、显气孔率、常温抗折强度和常温耐压强度分别为2.97 g·cm^-3、17.6%、7.4 MPa和45.7 MPa,抗氧化性和抗渣侵蚀性良好。

薄带连铸侧封板用耐火材料的发展及其特点

彭涛, 陈平安, 李享成, 朱颖丽, 陈浮

2025, (1): 82-86. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.015

摘要 ( ) PDF (892KB)( )

薄带连铸是一种近终连续铸钢技术,具有流程短、设备简单、能耗低、成材率高和生产成本低等优点。其中,侧封板直接影响带材的质量和生产效率,是薄带连铸技术中关键材料。综述了薄带连铸技术工艺及侧封板用耐火材料的种类、特点和制备工艺,并重点介绍了近年来氮化硼(BN)基陶瓷复合材料在薄带连铸中的应用。

水泥回转窑用耐火材料研究进展

屈超, 李杭, 黄潇阳, 张海军, 张少伟

2025, (1): 87-92. doi：10.3969/j.issn.1001-1935.2025.01.016

摘要 ( ) PDF (866KB)( )

水泥回转窑是目前制备水泥的主要设备,耐火材料是保障水泥高温生产过程安全运行、节能减排和技术进步的重要基础原材料。水泥回转窑煅烧温度高,不仅可以用于生产水泥,还可以处理固体废弃物和生活垃圾,在节约能源的同时处理废弃物,但这也对水泥窑用耐火材料提出了更高的要求。综述了水泥回转窑用镁铝质、镁铁铝质和镁钙质耐火材料的研究现状及存在的问题,并对未来水泥回转窑用耐火材料的研究方向和研究重点进行了展望。

本期目录