基质组成对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

发布时间：2017-08-22 16:37

  本文关键词：基质组成对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

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【摘要】：刚玉-尖晶石浇注料因具有良好的抗渣侵蚀性和抗结构剥落性,目前已成为钢包内衬及透气系统用耐火材料的主流材质,其有效提高了钢包的使用寿命和钢材质量。然而,刚玉-尖晶石浇注料在施工性能和热震稳定性方面仍有待改善,此外该体系浇注料中常常引入SiO_2微粉,但市售SiO_2微粉种类繁多,性能不稳定,在实际应用条件下尚需精细化。为此,本论文首先对基质组成中的四种SiO_2微粉(92#、940U、951U、971U)、α-Al_2O_3微粉、ZrO_2微粉及其复合粉体料浆的流变特性进行了研究;随后研究了SiO_2微粉种类及添加量、ZrO_2微粉加入量及粒度大小对浇注料的常规物理性能、热机械性能和抗渣性能等方面的影响,结果表明:1)不加减水剂时,SiO_2微粉中中位径小的细颗粒越多,悬浮液的黏度越大;粉体中存在一定含量的粗颗粒时,悬浮液易发生剪切增稠行为。对于各微粉料浆,减水剂FS20的分散效果优于无机电解质SHMP、STPP,这与FS20可同时产生空间位阻效应和静电稳定机制有关,此外SHMP对Zr4+的络合作用可有效改善ZrO_2微粉浆体的分散性。2)不同种类的SiO_2微粉,其碳含量越高,浇注料流动性越差;碱金属杂质含量越高,常温物理性能越好。随着SiO_2微粉含量的增加,试样的烧结性能改善,然而当添加量达到4wt%,流动性下降明显;SiO_2微粉含量增加对浇注料的抗渣性能具有双重影响,即在降低材料抗渣侵蚀性的同时可改善材料的抗渣渗透性。3)ZrO_2微粉可促进刚玉-尖晶石质材料的烧结,但热处理过程中ZrO_2晶型转变引起体积膨胀效应,恶化烧结性能,因此ZrO_2微粉的添加量必须适当。当ZrO_2微粉添加量为4wt%时,试样具有较高的热态强度和优良的抗渣性能;添加量为6wt%时,试样的抗热震性明显改善。4)不同粒度的ZrO_2颗粒主要通过改变试样的显微结构来影响材料性能。ZrO_2细颗粒可有效提高试样的热态强度,其中添加d50=2.5μm的ZrO_2微粉的试样具有最大值3.27±0.49MPa;Zr O_2粗颗粒在改善热震稳定性方面作用更显著,这与ZrO_2粗颗粒能够引起基质中形成大裂纹,从而降低材料内部存储的弹性应变能有关。
【关键词】：刚玉-尖晶石浇注料 流变特性 SiO_2微粉 ZrO_2微粉 性能
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ175.732
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 文献综述10-25
• 1.1 简述10-12
• 1.2 钢包内衬用耐火材料蚀损机理12-13
• 1.2.1 热应力12
• 1.2.2 机械冲刷磨损12
• 1.2.3 熔渣的侵蚀和渗透12-13
• 1.3 刚玉-尖晶石浇注料性能的影响因素13-16
• 1.3.1 刚玉骨料的的影响13-14
• 1.3.2 尖晶石的影响14
• 1.3.3 镁砂粒度及添加量的影响14-15
• 1.3.4 SiO_2微粉的影响15
• 1.3.5 α-Al_2O_3微粉的影响15
• 1.3.6 氧化锆微粉影响15-16
• 1.3.7 结合剂水泥的影响16
• 1.4 流变学概述16-23
• 1.4.1 流变特性的分类16-18
• 1.4.1.1 时间独立性流体16-17
• 1.4.1.2 时间相关性流体17-18
• 1.4.2 影响流变性能的因素18-23
• 1.4.2.1 集料颗粒级配的影响18-20
• 1.4.2.2 粉体粒径大小及粒度分布的影响20-21
• 1.4.2.3 固相体积分数的影响21-22
• 1.4.2.4 分散剂的影响22-23
• 1.4.2.5 pH值及环境温度的影响23
• 1.5 本课题的提出及研究内容23-25
• 第二章 实验过程及性能检测25-29
• 2.1 实验原料25
• 2.2 实验设备25-26
• 2.3 性能检测及分析方法26-29
• 2.3.1 流变性能26
• 2.3.2 常规物理性能26
• 2.3.3 高温性能26
• 2.3.4 抗渣性能26-28
• 2.3.5 分析方法28-29
• 第三章 刚玉-尖晶石浇注料基质流变学特性研究29-46
• 3.1 实验29-30
• 3.1.1 原料29
• 3.1.2 实验方案及性能检测29-30
• 3.2 结果与讨论30-44
• 3.2.1 四种SiO_2微粉浆体流变性能研究30-36
• 3.2.1.1 四种SiO_2微粉的粒度分析30-31
• 3.2.1.2 四种SiO_2微粉浆体的流变性能31-32
• 3.2.1.3 添加SHMP、STPP后四种SiO_2微粉浆体的流变性能32-34
• 3.2.1.4 添加FS20的四种SiO_2微粉浆体流变性能34-36
• 3.2.2 α-Al_2O_3微粉料浆的流变性研究36-39
• 3.2.2.1 α-Al_2O_3微粉的粒度分布及比表面积36
• 3.2.2.2 pH值对 α-Al_2O_3微粉浆体Zeta电位的影响36-37
• 3.2.2.3 固含量对 α-Al_2O_3微粉浆体流变性的影响37-38
• 3.2.2.4 减水剂对 α-Al_2O_3微粉浆体流变性的影响38-39
• 3.2.3 ZrO_2微粉料浆的流变性研究39-42
• 3.2.3.1 ZrO_2微粉的粒度分布及比表面积39-40
• 3.2.3.2 pH值对ZrO_2微粉浆体Zeta电位的影响40-41
• 3.2.3.3 ZrO_2微粉浆体的沉降分析41
• 3.2.3.4 减水剂对ZrO_2微粉料浆流变性的影响41-42
• 3.2.4 复合粉体料浆的流变性42-44
• 3.2.4.1 α-Al_2O_3-ZrO_2微粉料浆的流变性42-43
• 3.2.4.2 α-Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2微粉料浆的流变性43-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 SiO_2微粉种类及含量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响46-56
• 4.1 实验方案与过程46-47
• 4.2 结果与讨论47-55
• 4.2.1 浇注料的流动性能47-48
• 4.2.2 试样的显气孔率和体积密度48
• 4.2.3 试样的常温抗折强度和耐压强度48-49
• 4.2.4 试样的永久线变化率49-50
• 4.2.5 二氧化硅微粉加入量对抗渣性能的影响50-55
• 4.2.5.1 抗渣侵蚀（渗透）性分析50-52
• 4.2.5.2 熔渣与耐火材料的热力学计算52-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 脱硅锆含量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响56-64
• 5.1 实验方案与过程56-57
• 5.2 结果与讨论57-63
• 5.2.1 试样的常温物理性能57-59
• 5.2.2 试样的抗热震性59-60
• 5.2.3 试样的高温抗折强度60
• 5.2.4 试样的抗渣性能60-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 脱硅锆粒度对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响64-73
• 6.1 实验方案与过程64-65
• 6.2 结果与讨论65-72
• 6.2.1 浇注料的物相组成65-66
• 6.2.2 浇注料的常温物理性能66-68
• 6.2.3 试样的抗热震性和常温弹性模量68-69
• 6.2.4 试样的高温抗折强度69
• 6.2.5 试样的显微结构69-71
• 6.2.6 试样的高温弹性模量71-72
• 6.3 本章小结72-73
• 第七章 全文总结73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士研究生期间发表的论文80

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