超低水泥结合Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能研究

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Al2O3-SiC-C质浇注料因具有优异的耐铁水冲刷性、抗渣侵蚀性和抗热震性而被广泛应用于高炉出铁沟沟衬材料,但随着高炉炼铁技术与工艺的不断发展,对Al2O3-SiC-C质浇注料提出了更高的要求。研究认为碳组分和结合体系是影响铁沟浇注料性能的关键因素,铝酸钙水泥结合浇注料因具有较好的施工性能和较高的早期强度等优势一直沿用至今。但是,目前出铁沟浇注料使用抗氧化剂的作用温度区间明显分离,导致碳组分不可避免地被氧化;另外,大量引入铝酸钙水泥会导致在高温下形成CaO-Al2O3-Si O2液相,对高温力学性能和抗渣侵蚀性能不利。针对上述问题,本工作首先提出在传统抗氧化体系(如Si、B4C和SiC)的基础上引入新型非晶纳米Si2BC3N粉体,借助其优异的中高温抗氧化性能,有望解决传统耐火材料抗氧化剂作用温度区间非连续的问题。其次,采用新型电熔铝酸钙水泥(HiPerCem95和Decar90)作为Al2O3-SiC-C质浇注料的结合剂,相比于常规烧结铝酸钙水泥Secar71(60-70 wt.%一铝酸钙相-CA),这两种水泥中对早期强度起主要作用的CA相高达90 wt.%以上,其使用有望降低水泥使用量;最后,采用具有多孔结构的铝硅酸盐(沸石)部分替代铝酸钙水泥,由于沸石具有较高的比表面和较强的吸附性,通过促进水泥的水化行为有望进一步降低Al2O3-SiC-C质浇注料中的水泥含量。基于上述研究,得到以下结论:1)采用非晶态纳米Si2BC3N粉体与传统抗氧化剂复合,可以进一步改善Al2O3-SiC-C浇注料的抗氧化性和高温力学性能Si2BC3N与传统抗氧化剂的复合添加使得浇注料在室温~1400℃温度范围内均具有良好的抗氧化性,保证材料在空气气氛中高温下的结构完整性。复合添加剂氧化后能有效填充气孔,此外复合氧化剂有助于降低浇注料中的氧分压,促进材料中SiC晶须的形成,从而改善了材料的常温力学性能、高温抗折强度、抗热震性和荷重软化温度。2)采用高CA水泥取代传统铝酸钙水泥,Al2O3-SiC-C浇注料的早期强度和高温性能均有明显改善在保持CA引入量一致的条件下,Secar71水泥添加量为2 wt.%,而Decar90和Hi Per Cem95的使用量分别为1.2 wt.%和1.3 wt.%,且加水量也降低。添加高CA水泥的浇注料凝结速度更快,生坯强度相对较高;由于有效降低了CaO的含量,所制备浇注料的高温抗折强度和荷重软化温度均高于传统Secar71水泥结合铁沟浇注料。3)采用适量沸石部分替代铝酸钙水泥,加速了水泥的水化行为,提高了Al2O3-SiC-C浇注料的早期强度和高温性能在25℃和30℃的养护温度下,沸石促进了水泥的水化。对于浇注料来说,采用适量沸石替代水泥引入不仅可以改善早期强度,更有助于提高高温性能。而在20℃养护温度下,沸石对水泥的水化有一定的延缓作用。
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