镁铝钛耐火材料性能和抗炉外精炼渣侵蚀研究
|
摘要
本文通过相图分析和热力学计算设计了MgO-Al_2O_3-TiO_2系耐火材料的物相组成，其主晶相为方镁石和尖晶石固溶体，基质中结合相为高熔点的钛酸钙(CT)和镁橄榄石(M_2S)。
对不同配比和以不同生产工艺生产的镁铝钛耐火材料的性能和显微结构进行了研究，着重探讨了烧成温度、材料中TiO_2含量和Al_2O_3含量对镁铝钛试样性能和结构的影响。试验结果表明：1、随着烧成温度的升高，镁铝钛试样的显气孔率下降，体积密度增加；2、在同一温度下，随着试样中TiO_2含量的增加，材料的显气孔率下降，体积密度增加，热震稳定性提高；3、随着试样中Al_2O_3含量的增加，体积密度略有升高但变化幅度不大；热震稳定性随Al_2O_3含量的增加而不断提高；4、材料基质部分结构致密，气孔少且多呈封闭的圆孔状。基质中主晶相仍为方镁石，次晶相为尖晶石固溶体、钛酸钙和少量的镁橄榄石。
采用静态坩埚法研究了试样抗炉外精炼渣的侵蚀性能，着重分析了炉渣对镁铝钛耐火材料的侵蚀机理。结果表明：1、镁铝钛耐火材料抗炉外精炼渣性能接近于镁铬耐火材料，但含Cr_2O_3的镁铝钛耐火材料抗渣性能优于不含Cr_2O_3的镁铝钛耐火材料；2、在所研究的范围内，随着试样中TiO_2、Al_2O_3含量的增加，试样的抗渣性能提高；3、炉渣对镁铝钛耐火材料、镁铝铬钛耐火材料的侵蚀主要表现为渗透。在渗透过程中炉渣中的CaO、SiO_2和镁铝钛耐火材料中的方镁石发生反应，使方镁石溶解于CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系炉渣中形成低熔点硅酸盐相，并与材料中的结合相钛酸钙一起共熔并进一步向砖中渗透。
The phase constitutions of magnesia-alumina-titania refractories were designed by the analysis of phase digrams and thermodynamic calculation, by which the the periclase and spinel solid solution (MgAl2O4-Mg2TiO4) were designed as the main crystalline phases, and the calcium titanate and forsterite with high melting point as the bonding phases.
The properties and microstructure of magnesia-alumina-titania refractories were studied by means of experiment measurement and the microstrcuture analysis of SEM and EDAX. The influences of sintering temperature, titania content, alumina content on the properties and microstructure of magnesia-alumina-titania refractories were discussed. The results shows that: 1, The apparent porosity decreases and the bulk density increases with the increasing of sintering temperature.2, The apparent porosity decreases, the bulk density and the thermal shock resistance increases with the increasing of titania content. 3, With the increasing of alumina content, the bulk density generally increases, but the thermal shock resistance continuously increases. 4, The refractories have dense matrix and a little amount of pores. The main crystalline phases in the matrix are also the periclase and spinel solid solution, which are bonded by calcium titanate and forsterite with high melting point.
The corrosions of the secondary steel refining slags on the refractories were studied by the method of stationary crucible, through which the corrosion mechanisms were discussed by the methods of measuring corroded area and microstructure analysis. The results shows that: l,The slag corrosion resistance of magnesia-alumina-titania refractories is comparable to that of magnesia-chromite refractories. But the slag resistance of magnesia-alumina-chromite-titanla refractories is prior to that of magnesia-alumina-titania refractories. 2, In the ranges involved, the slag corrosion
resistance increases with the increasing of titania and alumina content. 3, The penetration of slags into the refractories is the main facts observed. The reaction of slags with the periclase of magnesia-alumina-titania refractories, results in the dissolving of periclase in the CaO-SiO2-Al2O3-MgO slags, and the penetration of slags into the refractories is enhanced by the formation of low melting silicates.
对不同配比和以不同生产工艺生产的镁铝钛耐火材料的性能和显微结构进行了研究，着重探讨了烧成温度、材料中TiO_2含量和Al_2O_3含量对镁铝钛试样性能和结构的影响。试验结果表明：1、随着烧成温度的升高，镁铝钛试样的显气孔率下降，体积密度增加；2、在同一温度下，随着试样中TiO_2含量的增加，材料的显气孔率下降，体积密度增加，热震稳定性提高；3、随着试样中Al_2O_3含量的增加，体积密度略有升高但变化幅度不大；热震稳定性随Al_2O_3含量的增加而不断提高；4、材料基质部分结构致密，气孔少且多呈封闭的圆孔状。基质中主晶相仍为方镁石，次晶相为尖晶石固溶体、钛酸钙和少量的镁橄榄石。
采用静态坩埚法研究了试样抗炉外精炼渣的侵蚀性能，着重分析了炉渣对镁铝钛耐火材料的侵蚀机理。结果表明：1、镁铝钛耐火材料抗炉外精炼渣性能接近于镁铬耐火材料，但含Cr_2O_3的镁铝钛耐火材料抗渣性能优于不含Cr_2O_3的镁铝钛耐火材料；2、在所研究的范围内，随着试样中TiO_2、Al_2O_3含量的增加，试样的抗渣性能提高；3、炉渣对镁铝钛耐火材料、镁铝铬钛耐火材料的侵蚀主要表现为渗透。在渗透过程中炉渣中的CaO、SiO_2和镁铝钛耐火材料中的方镁石发生反应，使方镁石溶解于CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系炉渣中形成低熔点硅酸盐相，并与材料中的结合相钛酸钙一起共熔并进一步向砖中渗透。
The phase constitutions of magnesia-alumina-titania refractories were designed by the analysis of phase digrams and thermodynamic calculation, by which the the periclase and spinel solid solution (MgAl2O4-Mg2TiO4) were designed as the main crystalline phases, and the calcium titanate and forsterite with high melting point as the bonding phases.
The properties and microstructure of magnesia-alumina-titania refractories were studied by means of experiment measurement and the microstrcuture analysis of SEM and EDAX. The influences of sintering temperature, titania content, alumina content on the properties and microstructure of magnesia-alumina-titania refractories were discussed. The results shows that: 1, The apparent porosity decreases and the bulk density increases with the increasing of sintering temperature.2, The apparent porosity decreases, the bulk density and the thermal shock resistance increases with the increasing of titania content. 3, With the increasing of alumina content, the bulk density generally increases, but the thermal shock resistance continuously increases. 4, The refractories have dense matrix and a little amount of pores. The main crystalline phases in the matrix are also the periclase and spinel solid solution, which are bonded by calcium titanate and forsterite with high melting point.
The corrosions of the secondary steel refining slags on the refractories were studied by the method of stationary crucible, through which the corrosion mechanisms were discussed by the methods of measuring corroded area and microstructure analysis. The results shows that: l,The slag corrosion resistance of magnesia-alumina-titania refractories is comparable to that of magnesia-chromite refractories. But the slag resistance of magnesia-alumina-chromite-titanla refractories is prior to that of magnesia-alumina-titania refractories. 2, In the ranges involved, the slag corrosion
resistance increases with the increasing of titania and alumina content. 3, The penetration of slags into the refractories is the main facts observed. The reaction of slags with the periclase of magnesia-alumina-titania refractories, results in the dissolving of periclase in the CaO-SiO2-Al2O3-MgO slags, and the penetration of slags into the refractories is enhanced by the formation of low melting silicates.
引文
[1]胡世平，短流程炼钢用耐火材料，冶金工业出版社，2000
[2]王诚训，炉外精炼用系耐火材料，冶金工业出版社，1995
[3]王诚训，镁铬铝系耐火材料，冶金工业出版社，1995
[4]真空脱气炉用无铬耐火材料，耐火信息，1996，11，15
[5]周亚栋编，无机材料物理化学，武汉工业大学出版社，1994
[6]王维帮，耐火材料工艺学，冶金工业出版社，1996
[7]贺可音，硅酸盐物理化学，武汉工业大学出版社，1991
[8]关振铎，无机材料物理性能，清华大学出版社，1992
[9]李广平译，碱性耐火材料，冶金工业出版社，1980
[10]郁国诚，碱性耐火材料理论基础，上海科学出版社，1982
[11]马志春译，耐火材料结构与性能，冶金工业出版社，1992
[12]陈肇友，耐火材料，1984，(5)48
[13]李友胜、李楠，MgO-Al_2O_3-TiO_2浇注料的组成结构与性能，耐火材料，2002，36(2)：86-87
[14]李勇，高性能镁铬耐火材料的应用研究，北京科技大学博士论文，2002
[15]李新，TiO_2对镁铬砖抗渣性能的影响．耐火材料，2001，35(4)：144-149
[16]于仁红，铜转炉介质对镁铬耐火材料侵蚀机理研究，西安建筑科技大学硕士论文，2002
[17]陈肇友，氧化物酸碱性强弱与复合氧化物的生成自由能，硅酸盐通报，1983，(5)：29
[18]高宇红译，TiO_2添加剂使方镁石-尖晶石制品性能提高，国外耐火材料，1995，20(9)：29-32．
[19]王守权译，添加二氧化钛的尖晶石的烧结行为，国外耐火材料，2000，25(3)：55-59
[20]吴坚强，钛酸镁合成工艺与性能的研究，中国陶瓷，2001．37(3)：13-18
[21]M．Nath．Chaudhuri等，添加二氧化钛烧结印度天然菱镁矿的显微结构．国外耐火材料，1992，21(11)：18-21
[22]郝俊生，复合添加剂对钛酸铝材料合成及稳定性的影响，中国陶瓷，2000，36(5)：18-22
[23]李志坚、郭玉香、盛开勋，添加剂对钛酸铝性能的影响，耐火材料，2001，35(2)：87-88
[24]赵怡溪译，添加TiO_2对氧化铝烧结的影响，国外耐火材料，1988．13(2)：54-56
[25]廖建国译，镁尖晶石砖添加TiO_2的效果，国外耐火材料，1996，21(4)：33-35．
[26]郭珠海等，实用耐火材料手册，中国建材出版社，2000，8
[27]冯改山等，耐火材料使用手册，冶金工业出版社，2001
[28]陈家祥编著，炼钢常用图表数据手册，冶金工业出版社，1978
[29]李柳生、李广平，相图基础与耐火材料相平衡，冶金工业出版社，1994，6
[30]氧化镁-氧化钛耐火材料及其制造方法，专利：CN95107398．2A，日本三菱麻铁里亚尔株式会社
[31]Luis R．M．Bitten court等，含72％氧化铝烧结料中氧化钛含量的减少对其矿物特性的影响，第二届国际耐火材料学术会议论文集(中文版)
[32]张忻译，TiO_2包裹氧化镁和氧化钙的烧结性及抗水化性，国外耐火材料，2001，26(4)：55-62
[33]沈鹤年，怎样看硅酸盐相图，中国建筑工业出版社，1974
[34]张利华译，尖晶石的特性及在耐火材料中的应用，国外耐火材料，1991，16(9)：43-45
[35]陈路兵，活性镁铝尖晶烧结的性能研究，耐火材料，1991，25(6)：323-327
[36]陈路兵，轻烧对活性镁铝尖晶石粉烧结性能的提高，耐火材料，1992，26(2)：73-76
[37]陈虹、章石钟，莫来石-钛酸铝复相陶瓷的强度与热膨胀性，陶瓷，1995，3：33-34
[38]周健儿、王永，不同莫来石对钛酸铝分解的抑制作用，中国陶瓷工业，1998，5(12)：1-8
[39]周健儿、薛谦、王光辉，烧成工艺对钛酸铝稳定性的影响，中国陶瓷，1996，32(1)：1-4
[40]Akihiro Tsuchinari, Toshiyuki hokii and Chikao Kanaoka, Effect of MgO Addition on Properties of porous Refractroy, 耐火物, 1992, 44[7]: 25-28
[41]E.T.TURKDOGAN, Physical chemistry of high-temperature technology, Academic press, New York, 1980:4-25
[42]Properities of MgO-TiO_2-Al_2O_3 aggregates，2003年国际耐火材料学术会议论文集
[43]S.DJAMBAZOV、D.LePkova、I.Ivav, A study of the stabilization of aluminum titanate, Journal of Materials Science, 1994:29
[44]S.Djambazov, D.LePkova, 1.1vav. Thermal stabilization of aluminium titanate, J Mater.Sci. 29(1994), 2521-2525
[45]张联盟、方青、沈强，Al_(2(1-x))Mg_xTi_(1+x)O_5体系固溶体的形成极其热性能研究，硅酸盐学报，2002，30(4)：451-455．
[46]B.Jacbson, W.F. Ford, Trans. Brit. Ceram. Soc. 1966, 65(1),19
[47]C.B.Alock, M. Peleg, Trans. Brit. Ceram. Soc. 1972, 71(5): 217
[48]陈肇友，从相图剖析炉外精炼渣对MgO-CaO系材料的侵蚀，耐火材料，1983，19(6)237
[49]陈肇友，Cr_2O_3在耐火材料中的行为，耐火材料，1990，(2)：37-44
[50]Alper, A.M., High Temperature Oxides, Part, Academic Press, 1970
[51]张梅梅，复合添加剂对钛酸铝稳定性的影响，耐火材料，1999，33(4)：202-203，207．
[2]王诚训，炉外精炼用系耐火材料，冶金工业出版社，1995
[3]王诚训，镁铬铝系耐火材料，冶金工业出版社，1995
[4]真空脱气炉用无铬耐火材料，耐火信息，1996，11，15
[5]周亚栋编，无机材料物理化学，武汉工业大学出版社，1994
[6]王维帮，耐火材料工艺学，冶金工业出版社，1996
[7]贺可音，硅酸盐物理化学，武汉工业大学出版社，1991
[8]关振铎，无机材料物理性能，清华大学出版社，1992
[9]李广平译，碱性耐火材料，冶金工业出版社，1980
[10]郁国诚，碱性耐火材料理论基础，上海科学出版社，1982
[11]马志春译，耐火材料结构与性能，冶金工业出版社，1992
[12]陈肇友，耐火材料，1984，(5)48
[13]李友胜、李楠，MgO-Al_2O_3-TiO_2浇注料的组成结构与性能，耐火材料，2002，36(2)：86-87
[14]李勇，高性能镁铬耐火材料的应用研究，北京科技大学博士论文，2002
[15]李新，TiO_2对镁铬砖抗渣性能的影响．耐火材料，2001，35(4)：144-149
[16]于仁红，铜转炉介质对镁铬耐火材料侵蚀机理研究，西安建筑科技大学硕士论文，2002
[17]陈肇友，氧化物酸碱性强弱与复合氧化物的生成自由能，硅酸盐通报，1983，(5)：29
[18]高宇红译，TiO_2添加剂使方镁石-尖晶石制品性能提高，国外耐火材料，1995，20(9)：29-32．
[19]王守权译，添加二氧化钛的尖晶石的烧结行为，国外耐火材料，2000，25(3)：55-59
[20]吴坚强，钛酸镁合成工艺与性能的研究，中国陶瓷，2001．37(3)：13-18
[21]M．Nath．Chaudhuri等，添加二氧化钛烧结印度天然菱镁矿的显微结构．国外耐火材料，1992，21(11)：18-21
[22]郝俊生，复合添加剂对钛酸铝材料合成及稳定性的影响，中国陶瓷，2000，36(5)：18-22
[23]李志坚、郭玉香、盛开勋，添加剂对钛酸铝性能的影响，耐火材料，2001，35(2)：87-88
[24]赵怡溪译，添加TiO_2对氧化铝烧结的影响，国外耐火材料，1988．13(2)：54-56
[25]廖建国译，镁尖晶石砖添加TiO_2的效果，国外耐火材料，1996，21(4)：33-35．
[26]郭珠海等，实用耐火材料手册，中国建材出版社，2000，8
[27]冯改山等，耐火材料使用手册，冶金工业出版社，2001
[28]陈家祥编著，炼钢常用图表数据手册，冶金工业出版社，1978
[29]李柳生、李广平，相图基础与耐火材料相平衡，冶金工业出版社，1994，6
[30]氧化镁-氧化钛耐火材料及其制造方法，专利：CN95107398．2A，日本三菱麻铁里亚尔株式会社
[31]Luis R．M．Bitten court等，含72％氧化铝烧结料中氧化钛含量的减少对其矿物特性的影响，第二届国际耐火材料学术会议论文集(中文版)
[32]张忻译，TiO_2包裹氧化镁和氧化钙的烧结性及抗水化性，国外耐火材料，2001，26(4)：55-62
[33]沈鹤年，怎样看硅酸盐相图，中国建筑工业出版社，1974
[34]张利华译，尖晶石的特性及在耐火材料中的应用，国外耐火材料，1991，16(9)：43-45
[35]陈路兵，活性镁铝尖晶烧结的性能研究，耐火材料，1991，25(6)：323-327
[36]陈路兵，轻烧对活性镁铝尖晶石粉烧结性能的提高，耐火材料，1992，26(2)：73-76
[37]陈虹、章石钟，莫来石-钛酸铝复相陶瓷的强度与热膨胀性，陶瓷，1995，3：33-34
[38]周健儿、王永，不同莫来石对钛酸铝分解的抑制作用，中国陶瓷工业，1998，5(12)：1-8
[39]周健儿、薛谦、王光辉，烧成工艺对钛酸铝稳定性的影响，中国陶瓷，1996，32(1)：1-4
[40]Akihiro Tsuchinari, Toshiyuki hokii and Chikao Kanaoka, Effect of MgO Addition on Properties of porous Refractroy, 耐火物, 1992, 44[7]: 25-28
[41]E.T.TURKDOGAN, Physical chemistry of high-temperature technology, Academic press, New York, 1980:4-25
[42]Properities of MgO-TiO_2-Al_2O_3 aggregates，2003年国际耐火材料学术会议论文集
[43]S.DJAMBAZOV、D.LePkova、I.Ivav, A study of the stabilization of aluminum titanate, Journal of Materials Science, 1994:29
[44]S.Djambazov, D.LePkova, 1.1vav. Thermal stabilization of aluminium titanate, J Mater.Sci. 29(1994), 2521-2525
[45]张联盟、方青、沈强，Al_(2(1-x))Mg_xTi_(1+x)O_5体系固溶体的形成极其热性能研究，硅酸盐学报，2002，30(4)：451-455．
[46]B.Jacbson, W.F. Ford, Trans. Brit. Ceram. Soc. 1966, 65(1),19
[47]C.B.Alock, M. Peleg, Trans. Brit. Ceram. Soc. 1972, 71(5): 217
[48]陈肇友，从相图剖析炉外精炼渣对MgO-CaO系材料的侵蚀，耐火材料，1983，19(6)237
[49]陈肇友，Cr_2O_3在耐火材料中的行为，耐火材料，1990，(2)：37-44
[50]Alper, A.M., High Temperature Oxides, Part, Academic Press, 1970
[51]张梅梅，复合添加剂对钛酸铝稳定性的影响，耐火材料，1999，33(4)：202-203，207．