磷酸结合刚玉质浇注料流变特性及材料性能优化研究

发布时间：2020-06-29 19:00

【摘要】：目前,煤气化炉所用的镁铬砖在高温下很容易释放出Cr~(6+),对环境和人体产生极大的伤害。而磷酸结合刚玉质浇注料所具有优良的中高温强度、耐酸性熔渣侵蚀性和较好的耐冲刷性等特点使其在煤气化炉领域当中拥有着潜在的应用前景。但是,磷酸结合浇注料的流动性较差,受热容易膨胀,凝结时间不易控制等缺点也一定程度的限制了它的使用。因此,本文目的为:1、通过选择合适的分散剂来减低磷酸结合刚玉质浇注料的粘度,提高它的施工性能。2、通过控制微粉的种类,对磷酸结合刚玉质浇注料的气孔率进行改善。3、通过控制活性氧化铝微粉的含量,探索磷酸盐浇注料的硬化机理,增强其的高温性能。为了改善磷酸结合刚玉质浇注料的流动性,首先借助zeta电位对H_3PO_4-Al_2O_3体系的吸附模型进行了分析,并在此基础上,研究了四种分散剂(聚羧酸盐(PS)、萘系磺酸盐(FDN)、柠檬酸(CA)、三聚磷酸钠(STPP))对磷酸-刚玉细粉体系流变特性的影响和其在氧化铝颗粒表面的吸附机制。借助动电性能与红外测试分析了颗粒和分散剂长链分子之间的吸附机制,从而假设了三种吸附模型,借助这三种吸附模型,提出了不同分散剂与磷酸结合刚玉质浇注料之间的作用规律。研究结果表明:在四种分散剂当中,只有FDN可以在氧化铝-磷酸的体系中吸附在氧化铝颗粒表面,提高浆体的zeta电位,降低体系的剪切模量,使试样能够拥有一个优异的施工性能,FDN最合适的加入量为0.3%。然而,通过选择合适的表面活性剂,对磷酸盐浇注料流动性的改善是有限的。基于此,我们通过改变磷酸的浓度,促凝剂的种类(MgO、alphabond、CA670),微粉种类(硅微粉、莫来石微粉、富铝尖晶石微粉)来进一步的降低试样的气孔率。研究结果表明:在磷酸结合刚玉质浇注料当中,选择铝酸钙水泥作为促凝剂时,试样经过1500℃热处理后的显气孔率为17.3%,低于不加促凝剂浇注料试样的20.1%。在此基础上我们发现,通过降低磷酸的含量也能够降低浇注料试样的显气孔率。当磷酸含量从7%降低到1%后,浇注料试样的显气孔率从19.3%降低至16.0%(1500℃)。除此之外,在磷酸结合浇注料中外加3%的莫来石微粉之后,试样经过110℃、1100℃和1500℃热处理后的显气孔率仅为12.5%、13.0%和13.3%,其抗渣渗透指数从44.8%下降至9.2%,下降幅度达到了79.4%。为了对磷酸结合浇注料的力学性能进行优化,以板状刚玉为原料,磷酸(质量分数为48%)为结合剂,添加FDN作为分散剂,NH-66为抑制剂,制备磷酸结合浇注料。通过改变活性氧化铝微粉的含量分别为0、5%、10%、15%、20%来优化磷酸结合刚玉质浇注料的显微结构,较系统地分析了活性氧化铝微粉的含量对材料物相组成、显微结构特征及性能的影响。结果表明:经过1100℃热处理之后,活性氧化铝含量从10%增加至15%,浇注料试样的常温抗折强度增加19%,达到33.1MPa。Xrd结果显示:活性氧化铝微粉含量的增加,烧结温度的提升均能够促进磷酸铝结合相的生成。Sem结果显示:显微结构当中生成的磷酸铝结合相穿插在骨料与基质之间,给试样提供了一个良好的力学性能。活性氧化铝微粉的增加能够促进板状结构磷酸铝的生成,从而对材料进行增强增韧,提高了浇注料的高温性能。当活性氧化铝含量为15%时,浇注料试样取得了一个较为优异的高温性能。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ175.732;TQ545
【图文】：

磷酸铝,溶解度,磷酸二氢铝,氢氧化铝

图 1.1 不同磷酸铝的溶解度Fig.1.1 The solubility of different aluminium phosphate铝制备方法为将磷酸（60％）与氢氧化铝混合，煮沸约一个酸二氢铝。磷酸二氢铝固体（粉末）在工业上则是用喷雾干

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