（材料学专业论文）刚玉基浇注料流变性和高温机械性能的研究.pdf

郑州大学硕士学位论文摘要本工作以含刚玉基浇注料为基础，主要研究了微粉、粒度组成以及非氧化物( 石墨、s i m o n ) 等对刚玉基浇注料流变性和高温机械性能的影响规律。研究工作分四个方面：( 1 ) 利用n x s 1 1 a 型粘度仪研究了微粉、水泥、鳞片石墨、s i m o n 等因素对基质流变性的影响；( 2 ) 利用浇注料流变仪( r h e o m e t e r ) 研究了微粉、粒度组成、镁砂细粉、鳞片石墨、造粒石墨及1 3 s i m o n 等对浇注料流变性的影响；( 3 ) 研究了微粉、水泥、镁砂、石墨及s i m o n 等对热处理后浇注料常规物理性能的影响；( 4 ) 利用三点弯曲和在不同温度下处理与水冷循环后的残余强度保持率的方法研究了微粉比例、造粒石墨及s i m o n 等对浇注料高温抗折强度和抗热震性的影响。结果表明：1 ) 基质的流变行为呈宾汉姆流体特征；微粉比例、水泥、镁砂、鳞片石墨和s i m o n均影响基质流变性，其中s i 0 2 微粉改善基质的流变性的最主要因素，使基质粘度、剪切应力和屈服应力降低，这主要是由于s i 0 2 微粉具有比重小、颗粒呈球形以及很高的表面活性，能够很好地填充在颗粒孔隙置换出其中的水所致；舢2 0 3 微粉对基质的流变性略有改善；镁砂和s i m o n 的加入对基质流变性不利：鳞片石墨使基质的流变性明显变差。2 ) 粒度组成、a 1 2 0 3 微粉s i 0 2 微粉比例、鳞片石墨对浇注料流变性有显著影响；镁砂细粉、m 2 0 3 微粉对浇注料的流变性影响较小：造粒石墨和b - s i m o n 对流变性有负面影响：浇注料的流变行为呈宾汉姆流体特征。a 1 2 0 3 微粉s i 0 2 微粉比例的变化随s i 0 2 微粉量的增加，所需加水量大幅度减少，自流值明显提高，流变性得到显著改善剪切应力、剪切粘度和流动阻力减小。随着粒度组成( q 值从o 2 9 、o 2 6 到o 2 3 )的变化，由于细粉比例的增加导致颗粒总表面积增大需要更多的水来润使其表面，使加水量略有增加，自流值略有降低，流变性变差剪切应力、剪切粘度和流动阻力增加。随鳞片石墨加入量的增加，由于鳞片石墨的不被水润湿和难分散性使所需加水量大幅度增加( 加入5 鳞片石墨时，增加了1 0 0 ) ，流变性显著变差a 随造粒石墨和1 3 s i m o n 加入量的增加，所需加水量略有增加( 加水量从5 一6 2 ) 、流动值轻微减少，对流变性略有负面影响。由于造粒石墨的表面特性和比重的改善，b s i m o n共价键的极性较弱与水润湿程度远好于鳞片石墨，它们对流交性的负面影响远小于鳞郑州大学硕士学位论文片石墨。3 ) 变化微粉比例对、a s 比为1 0 0 0 - - - 5 0 5 0 时，随s i 0 2 微粉含量增加，热处理后试样体积密度增加、气孔率降低、常温耐压和抗折强度增加，a s 比为2 5 7 5 , - - 0 1 0 0时常规物理性能略有下降。随水泥、镁砂细粉和s i a l o n 细粉加入量增加，经热处理后试样的气孔率增加、体积密度降低、常温耐压和抗折强度降低。随鳞片石墨和造粒石墨加入量增加，由于石墨与耐火氧化物之间的结合差，使热处理后试样的气孔率增加、体积密度降低、常温耐压和抗折强度显著降低。4 ) 当舢2 0 3 微粉s i 0 2 微粉比= 7 5 ，2 5 时，不含和含4 造粒石墨、4 1 3 s i m o n的试样的热态强度从1 1 0 烘干后随处理温度的升高呈上升趋势，到1 0 0 0 ( 2 达到最大值，从1 2 0 0 开始快速下降：含4 s i m o n 的试样经1 5 0 0 热处理后，试样的m o r - t曲线属于第一种类型，且t m ( m o r 最大值的温度) 为8 0 0 。b - s i a l o n 加入量在o - 1 0 范围内经1 5 0 0 热处理后试样在1 4 0 0 下的 玎旧r 增加，含量为4 的试样具有最大h m o r 比不加提高了5 8 2 6 。加入s i a l o n 提高了刚玉质浇注料在1 4 0 0 c下的高温抗折强度。5 ) 刚玉质浇注料中的水泥含量为2 0 0 ，改变a t 2 0 s 微粉，s i 0 2 微粉比时，随s i 0 2微粉所占比例增加，试样的抗热震性逐渐提高。b s i m o n 加入量在0 - 1 0 范围内，试样的抗热震性能提高( 1 1 0 0 c 水冷次后，抗折强度保持率由1 8 一4 0 以上) ，当其含量为4 时，试样的残余强度和强度保持率达最大值，归功于适量1 3 - s i m o n 的弥散填充在刚玉骨架结构中起增强作用。6 ) a 1 2 0 3 微粉s i 0 2 微粉比= 7 5 2 5 的刚玉质超低水泥浇注料的热震临界温差t c为2 0 0 c ：含4 t 3 s i m o n 的试样热震临界温差t c 为4 0 0 c ，且各温差下热震后的强度保持率比空白样均有明显的提高；含4 造粒石墨的试样热震临界温差t c 为2 0 0 c 。加入非氧化物( 造粒石墨、s i m o n ) ，可明显提高刚玉基浇注料的抗热震性能根据以上结果，研制和开发自流或泵送喷射施工浇注料时最佳a j 2 0 3 微粉s i 0 2微粉比例为5 0 5 0 - 0 1 0 0 ：对于无水泥铝镁质浇注料s i 0 2 微粉最佳加入量为3 、a 1 2 0 3微粉为6 镁砂为6 - 8 ；含4 8 1 5 s i m o n 浇注料的流变性适合于泵送喷射施工。加入适量的非氧化物( 石墨、s i m o n ) 可提高刚玉基浇注料的高温机械性能。关键词：流交性刚玉浇注料微粉石墨s i m o n 高温机械性能i l一一塑塑查兰堡主兰竺丝壅a b s t r a c tt h em a i ni n v e s t i g a t e do b j e c to ft h i sw o r kw a sa l u m i n a - b a s e de a s t a b l e s t h ei n f l u e n c e so fu l t r af i n ep o w d e r s ，p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o na n dn o n o x i d e ( g r a p h i t e 、s i a i o u ) o nt h er h e o l o g ya n dt h e r m o m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f a l u m i n a - b a s e de a s t a b l e sh a v eb e e ns t u d i e d 1 1 1 i sw o r kc o u l db ed i v i d e di n t of o u rp a r t s ：( 1 ) t h ei n f l u e n c e so f m i c r o p o w d e r s ，c e m e n t ，m a g n e s i a , g r a p h i t ea n ds i a l o nf i n e so nr h e o l o g yo fc a s t a b l em a t r i xh a v eb e e ns t u d i e db yu s i n gv i s c o m e t e ro f m o d e ln x s - 1 1 a ( 2 ) t h ei n f l u e n c e so f r a t i oo f m c r o p o w d e r s ，p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ，m a g n e s i a , f l a k eg r a p h i t e ，e x t r u d e dg r a p h i t ep e l l e t sa n ds i a l o nf i n e so nc a s t a b l er h e o l o g i c a ip r o p e r t i e sh a v eb e e ns t u d i e db yu s i n gi b br h e o m e t e rv i 0 ( 3 ) t h ei n f l u e n c e so fm i c r o p o w d e r s ，c e r u e a l g r a p h i t ea n ds i a l o nf i n e so ng e n e r a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ( s u c ha sp o r o s i t y , b u l kd e n s i t y , m o ra n dc c se t c ) o f c a s t a b l e sa f t e rf i r i n gh a v eb e e ns t u d i e d ( 4 ) t h ei n f l u e n c e so fm i e r o s i l i c aa n du l t r af i n ea l u m i n ap o w d e r sr a t i o s ，c o n t e n t so fe x t r u d e dg r a p h i t ep e l l e t s ( e g p ) 0 1 s i a l o nf i n e so nt h e r m o m e c h a n i c a ip r o p e r t i e s( s u c ha sh m o r , t s r ) o fc a s t a b l e sh a v eb e e ns t u d i e db yu s i n gc o n v e n t i o n a lt h r e ep o 矾b e n dt e s t i n ga n dd i f f e r e n tt e m p e r a t u r et ow a t e rc y c l i n g t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a ta sf o l l o w s ：1 ) t h es t u d y i n go nt h em a t r i xr e s u l t ss h o w e dt h a tt h er h e o l o g i c a lt y p eo fm a t r i xw a sb i n g h a mm o d e l ；u l t r af i n ep o w d e r sa n dc e m e n t 、m a g n e s i a 、g r a p h i t ea n ds i a i o nw e r et h ep r i n c i p a lf a c t o r si n f l u e n c i n gm a t r i xr h e o l o g y m i c r o s i l i c ac o u l di m p r o v em a t r i xt h e o l o g yn o t i e e a b l y - s h e u rv i s c o s i t y , s h e a rs t r e s sa n dy i e l ds t r e s sw e r ed e c r e a s e d , i t sc o n t r i b u t e dt om i c r o s i l i c aw a so fa m o r p h o u ss t r u c t u r e ，w i t he x t r e m e l yf i n ep a r t i c l e so fb a i ls h a p ea n ds m o o t hs u r f a c e s ，w h i c hw o u l df i l li n t ot h ev e r ys m a l lp o r o u so ft h ec a s t a b l es t r u c t u r ea n dr e p l a c et h ew a t e ro f i g i n a li nt h ev o i d s ；u l t r af i n ea l u m i n ah a ds l i g h t l yp o s i t i v ee f f e c to nm a t r i xr h e o l o g y , h o w e v e r c e m e n t , m a g n e s i a , g r a p h i t e ，s i a i o nf i n e sb a dn e g a t i v ee f f e c to nm a l r i xr h e o l o g y 2 、t h es t u d y i n go nt h ec a s t a b l e sr h e o l o g yr e s u l t si n d i c a t e dt h a tp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ,t h er a t i oo f u l 仃af i n ea i u m i n a m i c r o s i l i c a p o w d e r sa n df l a k eg r a p h i t ew e r er e m a r k a b l yi n f l u e n c e do nt h er h e o l o g i c a lb e h a v i o r ；t h et h e o l o g i c a lp r o p e r t i e sw e r es l i g h t l ye f f e c t e db ym a g n e s i ap o w d e rm a du l t r a f i n ea l u m i n a ；e x t r u d e dg r a p h i t ep e u e t sa n d1 3 一s i a i o nf i n e sh a ds l i 曲t l yn e g a t i v ee f f e c to nt h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s t h er h e o l o g i c a lt y p eo f e a s t a b l e si ni i i堑型查兰堡主堂垡兰兰t h i sp a p e rw a sb i n g h a mm o d e l w i t hi n c r e a s i n gm i e r o s i l i c ac o n t e n to f m i c r o p o w d e r , t h es e l f - f l o wv a l u ew a sr e m a r k a b l yi n c r e a s e d ，a n dt h ea m o u n to f w a t e rw a sd e c r e a s e d ；t h er b e o l o g i c a lp r o p e r t i e sw e r en o t i c e a b l yi m p m v e d ，t h e i rt o r q u e ，t o r q u ev i s c o s i t ya n df l o wr e s i s t a n c ew e r er e d u c e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e i rr h e o l o g i c a lb e h a v i o rw a sr e m a r k a b l ya f f e c t e db yp s d w i t had e c r e a s eo f qv a l u e ( f i o mq = o 2 9 ，o 2 6t o0 2 3 ) ，t h e i rt o r q u e ，f l o wr e s i s t a n c e ，t o r q u ev i s c o s i t ya n dw a t e rd e m a n dt e n d e dt oi n c r e a s e ，i n d i c a t e dd e g r a d a t i o no fr h e o l o g i c a lb e h a v i o r w i t hi n c r e a s eo f f i n e s ，s u r f a c ee n e r g yi nt h es y s t e mw o u l db ei n c r e a s e d ，m o r ec o n t a c ta n dc o l l i s i o no f p a r t i c l e sw o u l dt a k ep l a c ea n dt h ef i n e st e n dt oa g g l o m e m t e ，a n dw h i c hn e e d e dm o r ew a t e rt ow e tt h es u r f a c eo f t h ef i n e s w i t hi n c r e a s i n gt h ea m o u n to f f l a k eg r a p h i t e ，t h ew a t e ra m o u n td a se x c e e d i n g l yi n c r e a s e d ( a l m o s t1 0 0 w h e na d d e d5 f l a k eg r a p h i t e ) ，t h er h e 0 1 0 9 i c a lb e h a v i o rw a sr e m a r k a b l yd e t e r i o r a t e d ，b e c a u s eo f t h ep o o rw a t e rw e t t a b i l i t ya n dd i s p e r s i o no f f l a k eg r a p h i t e ， l e r lt h ea d d i t i o no f e x t r u d e dg r a p h i t ep e l l e t s ( e g p ) a n ds i a l o nf i n e si nc a s t a b l e s , t h ew a t e ra m o u n tw a ss l i g h t l yi n c r e a s e d ( f r o m4 9 t o6 4 ) ，a n dt h e i rr h e o l o 西c a lb e h a v i o rw a sg e n t l yd e g r a d e d i t sc o n t r i b u t e dt oi m p m v i n gt h es u r f a c ec h a r a c t e ra n ds p e c i f i cg r a v i t yo f e x t r u d e dg r a p h i t ep e l l e t s ( e g p ) a n db - s i a l o nf r e e sh a v ew e a kp o l a rc o v a l e n tb o n da n dw e t t a b i l i t ya r em u c hb e t t e rt h a nf l a k eg r a p h i t e 3 ) w h e nt h er a t i oo f u l t r af i n ea l u m i n a m i c r o s i l i c aa m o u n tv a r i e df x o m1 0 0 0t o5 0 1 5 0i nc a s t a b l e s , w i t hi n c r e a s eo fm i c r o s i l i c ac o n t e n t , t h el i n e a rc h a n g eo ft h es p e c i m e n se x h i b i t e df i o ms h r i n k a g et ol i t t l es w e l l e d , t h ea p p a r e mp o r o s i t yd e c r e a s e d ，t h eb u l kd e n s i t ys l i g h t l yi n c r e a s e d ，m o ra n dc c sw e r ei n c r e a s e da f t e rh e a tt r e a t i n g ，h o w e v e r , t h er a t i oo fu l t r af i n ea l u m i n a m i e r o s i l i e aa m o u n tv a r i e df r o m 2 5 7 5t o0 1 0 0 ，t h es i n t e r e dp r o p e r t i e sw e r es l i g h e l yd 吐e f i o r a t e d ；w h e nt h ec o n t e n to fc e m e n ta n d u l t r af i n ep o w d e r sw e r ef i x e d ，、i t l li n c r e a s eo ff l a k eg r a p h i t e e x t r u d e dg r a p h i t ep e l l e t sa n ds i a l o nf i n e sc o n t e n ti nt h em a t r i x , t h ep o r o s i t yi n c r e a s e d , t h eb u l kd e n s i t y , m o ra n dc c sw e r ea l ld e c r e a s e da f t e rh e a tt r e a t i n g 4 ) w h e nt h er a t i oo fu l t r af i n ea l u m i n a m i c m s i l i e a2 7 5 2 5i nu l t r a l o wc e m e n ta l u m i n a - b a s e dc a s t a b l e s ，w i t h o ma n dc o n t a i n i n g4 e g po r4 s i a l o n ，t h eh o tm o d u l u so fr a p t u r eo fs p e c i m e n sa f t e r1 1 0 ( 2d r y i n gw a si n c r e a s e dw i t hu p g r a d i n gt h eh e a t e dt e m p e r a t u r e w h i l et h ef i r i n gt e m p e r a t u r ei s1 0 0 0 ，t h ev a l u eo fh m o rv c a sm a x i m u m ,塑塑查兰堡主堂笪堡塞a n dt h e nn o t i c e a b l yd e c r e a s e dw h e nt h eh e a t e dt e m p e r a t u r em o r et h a n1 2 0 0 c w i t hi n c r e a s eo fs i a l o nc o n t e n t ( 1o 峋i nc a s t a b l e s ，h m o ro ft h es p e c i m e n sw e r ei n c r e a s e d ，a n dt h em a x i m u mv a l u eo fh m o rw a ss p e c i m e nc o n t a i n i n g4 s i a l o n a st ot h es p e c i m e n s 、i t i l4 0 s i a l o na f t e rf k r i n g1 5 0 0 3 1 1 , m o r - tc i n w e so ft h es p e c i m e n sb e l o n g e dt ot y p eia n dt mw a s8 0 06 c 5 ) w h e nt h ec e m e n tc o n t e n tw a s2 a n dt h er a t i oo f u l a - af i n ea l u m i n a m i c r o s i l i c ai nu l t r a l o wc e m e n ta l u m i n a - b a s e dc a s t a b l e sw e r ev a r i e df r o m1 0 0 0t o0 1 0 0 ，w i t hi n c r e a s eo fm i c r o s i l i c ac o n t e n t , t s ro ft h es p e c i m e n sw e r ei n c r e a s e d w h e nt h er a t i oo fu l t r af i n ea l u m i n a m i c r o s i l i c aw a s7 5 2 5 ，埘也i n c r e a s eo fs i a l o nc o n t e n t ( o 1 0 ) ，t s ro ft h es p e c i m e n sw e r ei n c r e a s e d t h er e s i d u a ls t r e n g t hp r e c e n ta f t e rt s rw a si n c r e a s e df r o m1 5 t o4 0 o rs o ，a n dt h em a x i m u n lv a l u eo fr e s i d u a lm o ra n ds t r e n g t hp r e c e n ta f t e rt s rw a so fs p e c i m e nc o n t a i n i n g4 s i a l o n ，i t sc o n t r i b u t e dt os i a l o nf i n e sd i s p e r s e da n df i l l e di nt h e i n t e r s f i c e so fc o r u n d u m - m u l l i t es k e l e t o n ，w h i c hc o u l ds t r e n g t h e nt h en e t w o r ka n di m p r o v et h et h e r o m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c e ( a t e ) o ft h eu l t r a l o wc e m e n ta l u m i n a - b a s e dc a s t a b l e sc o n t a i n i n ga n dw i t h o u te g pw e r e2 0 0 c ；b u ts p e c i m e n sc o n t a i n i n g4 e g p , t h er e s i d u a ls t r e n g t hp r e c e n ta f t e rt s rh a dn o t i c e a b l yi n c r e a s e dt h a ns p e c i m e n sw i t h o u te g p t h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c ef a t e ) o fp e c i m e n sc o n t a i n i n g 舷s i a l o nw 4 0 0 c ，a n dt h er e s i d u a ls t r e n g t hp r e c e n ta f t e rt s rh a dn o t i c e a b l yi n c r e a s e d f r o mt h ea b o v er e s u l t s ，i no r d e rt od e s i g na n dm a n u f a c t u r es e l f - f l o w , p u m p a b l es h o r e e t i n ge a s t a b l e s t h eo p t i m u mr a t i oo f u l t r af i n ea h m i n a m i c r o s i l i c aw 勰5 0 5 0 m ) 1 0 0 a c c o r d i n gt oz e r oc e m e n ta l u m i n a - m a g n e s i ac a s t a b l e s 也ro p t i m u mc o n t e n to fm i c r o s i l i c an dw a s3 ；u l t r a - f i n ea l u m i n ac o n t e n tw a s6 ；m e g n s i af i n e sc o n t e n tw a sf r o m6 t o8 r h e o l o g i c a lb e h a v i o rc o n t a i n i n ga p p r o p r i a t ea m o u n to fs i a l o n 呦c o u l da l s os u i t a b l et op u m p a b l es h o r c e t i n gp l a c e m e n t a p p r o p r i a t ea n a o u n to fn o n o x i d e ( e g p , s i m o n ) a d d i t i o ni nt h eu l t r a l o wc e m e n ta l u m i n a - b a s e dc a s t a b l e sc o u l dc o n t r i b u t et oi m p r o v i n gt h e r m o m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f a l u m i n a - b a s e dc a s t a b l e s k e yw o r d s ：r h e o l o g y , a l u m i n a - b a s e dc a s t a b l e ，m i c r o p o w d e r s ，g r a p h i t e ，s i a l o n ，t h e r m o m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sv郑州大学硕士学位论文1 前言耐火材料是高温技术的基础材料，它与高温技术，尤其与钢铁工业的发展有密切的关系，相互依存，互为促进，共同发展。耐火材料作为一种消耗性材料，应用于钢铁、有色冶金、建材、石化、机械等行业，其中用于钢铁工业的消耗量占总产量的6 0 7 0 【l 】。随着高温工业技术的不断发展，耐火材料自身也发生了很大的变化，主要体现在耐火材料品种增多，低档产品减少，高档产品增加；耐火材料单耗逐年下降，而不定形耐火材料的用量却逐年上升；且朝着复合材料和功能材料方向发展州。由于不定形耐火材料具有节省能源、生产工艺简单、施工方便、使用寿命长，炉衬的整体性好等一系列优点，二十世纪8 0 年代以来，不定形耐火材料得到了快速发展。目前欧美、日本等国不定形的生产比例已占耐火材料总产量的5 0 以上。其应用范围由以中温部位为主演变到以高温领域为主，而且不少是在复杂、严峻的条件下使用【5 1 。随着不定形耐火材料的发展，其品种发生了很大的变化，其中浇注料约占不定形耐火材料6 0 7 0 。最近浇注料的研究重点之一是浇注料的施工技术，由振动施工逐渐发展为自流、泵送以及喷射施工，使得施工效率和自动化程度大幅度提高。为适应新的施工方法，要求浇注料具有好的流变性。对于振动或自流浇注料在施工过程中因其不会受到剪切力的作用，所以人们只关心它的流动性而忽视它的流变性。对于泵送和喷射施工的浇注料，因物料在输送管道内移动时受到来自管道壁的摩擦阻力( 剪切力) ，其流变性的好坏与作业性能以至能否泵送有直接的关系，因此对浇注料流变性的研究对于泵送( 或喷射) 浇注料显得尤为重要【6 】。耐火浇注料的另一个主要研究方向是氧化物非氧化物复合材料，氧化物一非氧化物复合材料具有其它材料所无法比拟的优越性。与氧化物材料比较，它们具有较好的抗热震性和良好的抗渣性，因此氧化物非氧化物复合材料将会发展成为新一代高效耐火材料，用于高温关键部位【”。根据耐火材料不断向高技术、高效能、低成本、低消耗方向发展的动向，本课题针对浇注料发展的两个重点方向新的施工技术和氧化物非氧化物复合研究了以下内容：( 1 ) 探讨了影响浇注料流变性的若干因素如粒度组成、微粉、镁砂以及非氧化物( 石墨和b s i m o n ) ，得出了各因素对浇注料流变性的影响程度和流体特性，根据研究结果得出满足新的施工工艺需要的浇注料组成。( 2 ) 探讨了非氧化物( 石墨或郑州大学硕士学位论文s i a l o n ) 对刚玉基浇注料高温机械性能的影响。刚玉具有常温强度高、抗化学侵蚀能力强等特性，但其高温力学性能衰减较大、抗热震性较差，这限制了它在温度波动较大部位的应用，加入非氧化物可以弥补刚玉浇注料的这一不足。石墨具有高的热导率、低的膨胀系数( 1 4 x l o 6 口d ) 、很小的弹性模量e ( o 0 9 x 1 0 5 m p a ) 以及几乎不与熔融渣发生反应等优点。1 3 - s i m o n 具有低的热膨胀系数( 2 4 4 4 x 1 0 4 口4 ) 、高的强度、良好的抗热震及抗侵蚀能力。将非氧化物( 石墨、b - s i a l o n ) 加入到刚玉基浇注料中，使其优势互补，可望使浇注料料同时具有良好的抗热震性和抗侵蚀性等综合性能，成为新一代高性能耐火浇注料用于钢包内衬等关键部位。本研究工作期望通过对刚玉基浇注料( 包括含非氧化物) 流变性和高温机械性能的研究，作为开发氧化物非氧化物复合材料的基础，为进一步的开发研究提供依据并在此基础上，开发出具有良好高温性能的自流或泵送喷射浇注料。2郑州大学硕士学位论文2 文献综述2 1 刚玉基浇注料的研究现状刚玉基浇注料主要是以刚玉为主要原料，加入镁砂、铝镁尖晶石、碳化硅、锆刚玉莫来石等制得的低水泥、超低水泥和无水泥浇注料( l c c 、u l c c 和z c c ) ，已广泛应用于钢包、中间包、出铁沟、以及建材、石化等，并己取得了显著效果。2 1 1 刚玉质浇注料刚玉作为一种优良的耐火材料，具有高熔点( 2 0 5 0 ) 、高密度( 3 8 5 4 0 4 c m 3 )和高硬度等特点，同时具有高的热导率、优良的化学稳定性以及抵抗还原剂的能力。以刚玉为主要原料的耐火浇注料具有耐高温、强度商和抗渣性好等优点，被广泛地应用于钢铁、有色冶金、水泥和石化等行业，在实际应用中仍在进一步的改进和发展。目前，刚玉质浇注料的研究工作进展大致如下：钱义亭1 8 】研究认为，在保持纯铝酸钙水泥不变的情况下，随a 1 2 0 3 微粉加入量的增加，热处理后浇注料的强度提高，显气孔率下降。在高温下使用时，可形成较为理想的耐高温晶相( c a 6 + a 1 2 0 3 ) ，使浇注料具有较好的高温性能。刘学新等【9 】研究认为，在保持水泥为3 时随a 1 2 0 a 微粉加入量的增加，浇注料的流动值增加，抗侵蚀性和抗渗透性提高，但抗热震性下降。在保持a 1 2 0 3 微粉量不变时随水泥量的增加，浇注料的强度下降，热震后抗折强度保持率呈上升的趋势，抗侵蚀性和抗渗透性下降。m f m + z a w r a h 1 0 】研究表明随着水泥加入量的降低( 水泥分别为1 0 、5 、2 )与a 1 2 0 3 微粉和s i 0 2 微粉( a s = 1 ：2 3 3 ) 的增加( 5 、1 0 、1 3 ) ，浇注料的体积密度增加、气孔率下降，在1 1 0 0 和1 5 0 0 热处理后的试样的热震强度保持率随微粉加入量的增加而显著提高，分别为2 9 、4 6 、5 9 和5 2 、9 4 、9 6 。经1 5 0 0 热处理后随着莫来石量的增加抗热震性能得到改善。a m h u n d e r e 掣1 1 1 研究了变化a 1 2 0 3 微粉s i 0 2 微粉比例对无水泥和低水泥刚玉质浇注料的高温性能的影响，结果表明：对于q = o 2 5 的无水泥浇注料( 如图2 1 所示) ，随a 1 2 0 3 微粉s i 0 2 微粉比例s i 0 2 微粉量的增加，h m o r 显著提高；而对于低水泥浇注料( 水泥为6 ) 如图2 2 所示，随a b 0 3 微粉s i c h 微粉比例中s i 0 2 微粉量的增加，h m o r 提高，而全部用s i 0 2 微粉时1 5 0 0 的h m o r 快速下降至d , ： z l m p a 。不含s i 0 2 微粉时，浇注料( 含水泥o 5 和6 ) 的高温强度随水泥和a 1 2 0 3 微粉加入量的增加而提高。在无水泥和低水泥浇注料中莫来石的生成依赖二j = s i 0 2 ( 微粉) 数量，高温郑州大学硕士学位论文强度也取决于莫来石的生成，若水泥s i 0 2 微粉z l l 位于c c s c a s 2 一c a 6 _ = 角形内时，高温强度很低。亩暑岳蚕t e m p e r a t u r e ( )名皇一g蚕t e m p e r a t u r e ( )图2 1 水泥为0 5 试样的h m o r - t 曲线图2 2 水泥为6 试样h m o r - t 曲线毛晓刚1 2 1 对四种类型刚玉基浇注料传统水泥结合( c c ) 、低水泥( l c c ) 、超低水泥( u c c ) 和无水泥( z c c ) 浇注料在加热过程中显微结构与热态性能的研究表明：1 1 0 ( 2 烘干后的试样，c c 的热态强度普遍较小，且随温度升高而减小：l c c和u l c c 的热态强度在1 0 0 0 以前较高，在1 2 0 0 c 以后快速下降；z c c 的热态强度在1 0 0 0 4 c 时达到最大值( 为3 4 m p a ) ，在1 0 0 0 1 3 0 0 快速下降，1 3 0 0 c 时为最小，1 3 0 0 以上又逐渐升高，至1 5 0 0 ( 2 时为1 1 2 m p a 。2 1 2a 1 2 0 。- m 9 0 浇注料a 1 2 0 3 尖晶石浇注料具有较好的抗渣侵蚀和抗结构剥落性能，单在提高温度和增加钢水停留时间的操作条件下，a 1 2 0 3 尖晶石浇注料会产生裂纹和剥落，从而降低使用寿命。m g o 细粉加入后能在a 1 2 0 3 - m g o 浇注料基质中反应生成均匀分布的尖晶石，尖晶石的均匀分布能提高强度：适量的舢2 0 3 微粉有助于尖晶石充分形成，但a 1 2 0 h微粉量过多也会因形成尖晶石过度烧结而产生剥落【1 3 1 。t , ev e z z a 等 1 4 1 研究认为：含1 0 1 2 m g o 的无水泥a 1 2 0 3 - m g o 浇注料对中碱度炼钢渣有良好的抗渣性。高温下的抗渣性和体积稳定性与浇注料中的m g o 总量和渣中的c a o 含量密切相关。浇注料中过高的m g o 含量和渣中较高的c a o 含量都会不利于抗渣性。s i t o s e 等1 5 1 研究表明：无论是何种渣，铝镁浇注料的抗侵蚀都随着氧化镁含量的增加而增加。m g o 含量大于3 时，其抗侵蚀性比a 1 2 0 s 一尖晶石浇注料要好得多。另外，铝镁浇注料的抗渣渗透性和抗侵蚀性趋势相同。但当氧化镁超过7 w t 时，4郑州大学硕士学位论文其抗渣渗透性变差。甚至在氧化镁含量大于l o w t 时，其抗渣渗透性比a 1 2 0 3 尖晶石浇注料更糟糕。因此，铝一镁浇注料中氧化镁含量应在5 9 w t 。m k o b a y a s h i 等16 】对m g o 含量相近的氧化铝一氧化镁浇注料和氧化铝尖晶石浇注料使用后，研究c a o 在材料中的渗透深度，结果如表2 1 所示：表2 1 浇注料化学组成和抗渣性的比较项目氧化铝一氧化镁浇注料氧化铝尖晶石浇注料a 1 2 0 3 ( 、州)8 9 59 1 om g o ( 、7 州)7 57 os i 0 2 ( w t )o 5t r侵蚀指数5 21 0 0渗透指数5 01 0 0富铝尖晶石拥有优良的抗渣性能，其晶体结构是固溶m 2 0 3 的晶格缺陷型尖晶石固溶体，尖晶石愈富铝，缺陷愈多，其晶格常数比理论尖晶石更小，热膨胀率也更低。在高温下与熔渣接触时，f e o 、m _ n o 被捕捉到尖晶石阳离子空穴位置上形成固溶体，晶格常数也小，热膨胀率也低，因而，结构变化亦较小，其他成分的浸入减少，由此表现出优良的抗渣性。在尖晶石富铝量达到某一数量后，因尖晶石相含量太少，优越性不能充分发挥，抗渣性变差【l ”。陈荣荣等【18 】将高纯刚玉m g o 质浇注料制成预制块在钢包渣线部位替代镁碳砖，具有相当的使用效果。曹喜营【1 9 】对m g o s i 0 2 - h 2 0 体系结合的高纯铝镁质浇注料组