添加剂对镁钙系耐火材料性能的影响

发布时间：2017-09-13 20:37

  本文关键词：添加剂对镁钙系耐火材料性能的影响

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【摘要】：按照国际标准,耐火材料的定义是化学与物理性质允许其在高温环境下使用的无机非金属材料,或者含有一定比例金属,比如金属氧化物等的一类材料以及产品。目前,耐火材料用途广泛,常用的有连铸中间包内衬、炉外精炼钢包AOD、VOD炉、电炉、转炉及大型干法水泥窑烧成带以及其它高温工业设备内衬等。镁钙系耐火材料因其耐高温、抗渣性、抗热震性、高温真空下的稳定性、净化钢液等优点受到钢铁企业普遍重视。MgO-CaO耐火材料具有一系列优良性能,但其易水化性,限制了该材料的应用,要大力开发利用镁钙系耐火材料,加入少量添加物,高温烧成或二步煅烧,密封包装,生产工艺的控制是必须的。上述各种防水化方法都能不同程度减少镁钙系材料的水化,目前普遍采用添加剂法。我的研究计划主要以轻烧白云石为基础原料,添加一定比例的Al_2O_3、Fe_2O_3、ZrO_2,研究氧化铝、氧化铁及氧化锆对镁钙系耐火材料性能的影响。通过不同温度的高温烧结制取试样,对其进行体积密度、吸水率、开气孔率、水化增重率和粉化率、以及XRD和扫描电子显微镜、能谱分析等物理检测。有三个方面:(1)Fe_2O_3、Al_2O_3作为添加剂,改变Fe_2O_3、Al_2O_3的加入量以及改变温度,制备出MgO-CaO-Fe_2O_3及MgO-CaO-Al_2O_3三元系耐火材料。(2)Fe_2O_3+Al_2O_3作为复合添加剂,改变复合添加剂的加入量以及改变温度,制得MgO-CaO-Al_2O_3-Fe_2O_3四元系耐火材料。(3)以氧化铝及氧化铁及氧化锆作为复合外加剂,改变氧化铝及氧化铁及氧化锆的加入量和烧结温度,制得MgO-CaO-Al_2O_3-Fe_2O_3-ZrO_2五元系耐火材料,研究氧化铝及氧化铁及氧化锆复合添加剂对白云石烧结性能、抗水化能力、物相组成及显微结构的影响。本课题是针对企业生产中存在的问题,将白云石耐火材料作为研究对象,引入单一及复合添加剂来提高白云石的烧结性能、抗水化能力,制备出性能优异的镁钙系耐火材料,为制备高性能白云石基耐火材料提供有益的借鉴。通过以上分析和讨论,在本文所研究的范围和实验条件下,可以得出如下结论:(1)单一添加Fe_2O_3或Al_2O_3,都可以明显改善白云石的烧结性。在同一烧结温度下,随着Al_2O_3质量分数的增加体积密度不断增加,当Al_2O_3质量分数达到30%时,体积密度达到最高值,气孔率最低,水化增重和粉化率也最低。继续增加Al_2O_3的质量分数,体积密度逐渐下降,气孔率增大,水化增重率和粉化率也增大,这是因为形成了相对易水化的铝酸钙的结果。合理提高烧结温度可以明显改善材料的抗水化性能;(2)Fe_2O_3-Al_2O_3复合添时能更有效的改善白云石的烧结性,材料的抗水化能力得到进一步改善,第三组分添加剂ZrO_2的引入不但能改善材料的抗水化性能,而且可以改善材料的高温性能,也有可能提高材料的抗渣侵蚀性能;(3)Fe_2O_3和Al_2O_3的引入都优先与白云石分解产物CaO反应形成铁钙或铝钙化合物。氧化铝含量较低时主要形成铝酸三钙C_3A,Al_2O_3含量在30-50%时会形成削弱抗水化能力的CA。在较高温度下Fe_2O_3和Al_2O_3都会与MgO反应形成镁铁尖晶石MgFe_2O_4或镁铝尖晶石MgAl_2O_4,有利于提高材料的高温和抗水化性能。第三组分添加剂ZrO_2的引入仅与氧化钙反应形成CaZrO_3进一步改善了材料的抗水化能力。
【关键词】：白云石 烧结性能 抗水化
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ175.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-16
• 1.1 前言12
• 1.2 耐火材料简述12-13
• 1.2.1 耐火原料12
• 1.2.2 MgO-CaO系耐火材料的优点12
• 1.2.3 提高MgO-CaO系耐火材料抗水化措施12-13
• 1.3 MgO-CaO系耐火材料的应用13-15
• 1.3.1 MgO-CaO耐火材料的难烧结性及其应对措施13-14
• 1.3.2 MgO-CaO耐火材料抗渣特点与解决办法14
• 1.3.3 MgO-CaO耐火材料的剥落特点与解决办法14-15
• 1.4 课题研究的意义和主要内容15-16
• 1.4.1 课题研究的主要内容15-16
• 2 试验16-20
• 2.1 引言16
• 2.2 试验16-20
• 2.2.1 试验原料与设备16
• 2.2.2 试验方案16-18
• 2.2.3 样品制备18-20
• 3 MgO-CaO-Fe_2O_3三元系耐火材料20-35
• 3.1 结果与讨论20-35
• 3.1.1 Fe_2O_3质量分数和烧结温度对白云石致密性的影响20-25
• 3.1.2 Fe_2O_3和烧结温度对白云石物相组成的影响25-28
• 3.1.3 Fe_2O_3和烧结温度对白云石抗水化性能的影响28-31
• 3.1.4 Fe_2O_3和烧结温度对白云石显微结构的影响31-34
• 3.1.5 小结34-35
• 4 MgO-CaO-Al_2O_3三元系耐火材料35-51
• 4.1 结果与分析35-51
• 4.1.1 MgO-CaO-Al_2O_3三元系耐火材料致密性分析35-40
• 4.1.2 MgO-CaO-Al_2O_3三元系耐火材料抗水化分析40-43
• 4.1.3 MgO-CaO-Al_2O_3三元系耐火材料物相分析43-47
• 4.1.4 MgO-CaO-Al_2O_3三元系耐火材料显微结构分析47-50
• 4.1.5 小结50-51
• 5 MgO-CaO-Fe_2O_3-Al_2O_3四元系耐火材料51-61
• 5.1 结果与讨论51-61
• 5.1.1 MgO-CaO-Fe_2O_3-Al_2O_3四元系耐火材料致密性分析51-54
• 5.1.2 MgO-CaO-Fe_2O_3-Al_2O_3四元系耐火材料抗水化性能54-57
• 5.1.3 MgO-CaO-Fe_2O_3-Al_2O_3四元系耐火材料物相组成57-58
• 5.1.4 MgO-CaO-Fe_2O_3-Al_2O_3四元系耐火材料显微结构分析58-60
• 5.1.5 小结60-61
• 6 MgO-CaO- Fe_2O_3-Al_2O_3-ZrO_2五元系耐火材料61-71
• 6.1 结果与讨论61-71
• 6.1.1 MgO-CaO-Fe_2O_3-Al_2O_3-ZrO_2五元系耐火材料致密性61-65
• 6.1.2 MgO-CaO-Fe_2O_3-Al_2O_3-ZrO_2五元系耐火材料抗水化分析65-68
• 6.1.3 MgO-CaO-Fe_2O_3-Al_2O_3-ZrO_2五元系耐火材料的物相组成68-70
• 6.1.4 小结70-71
• 7 结论与展望71-73
• 7.1 结论71
• 7.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 在学期间的研究成果77-78
• 致谢78

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