【摘 要】
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耐火材料的质量与精炼工艺的发展有着密切的关系,它们相互依托,共同发展,耐火材料的质量和品种对精炼工艺的发展具有重要意义。钢包透气元件的性能和质量对钢包精炼工艺的高效运行有着重要意义。现行钢包透气元件多为刚玉质和刚玉-尖晶石质耐火材料,使用过程中易发生堵塞和损毁等问题,且已开发的镁质透气元件抗热震性较差,这极大的影响了生产效率和成本。因此本文通过研究MgO-ZrO2质耐火材料的性能,期望达到改善镁质
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耐火材料的质量与精炼工艺的发展有着密切的关系,它们相互依托,共同发展,耐火材料的质量和品种对精炼工艺的发展具有重要意义。钢包透气元件的性能和质量对钢包精炼工艺的高效运行有着重要意义。现行钢包透气元件多为刚玉质和刚玉-尖晶石质耐火材料,使用过程中易发生堵塞和损毁等问题,且已开发的镁质透气元件抗热震性较差,这极大的影响了生产效率和成本。因此本文通过研究MgO-ZrO2质耐火材料的性能,期望达到改善镁质透气元件的抗热震性能的效果,从而提高其使用寿命。本文以轻烧氧化镁和单斜氧化锆为原料,制备了 MgO-ZrO2质耐火材料,研究了氧化锆加入量、烧结温度和添加剂加入对MgO-ZrO2质耐火材料烧结性能、力学性能、抗热震性能和抗渣侵蚀性能影响的规律和作用机制。通过上述研究,得出以下结论:（1）烧结温度和ZrO2加入量对MgO-ZrO2质耐火材料的性能具有显著影响。随着烧结温度的升高,MgO-ZrO2质耐火材料的体积密度逐渐增大,显气孔率明显降低,试样的相对密度逐渐增大。当试样在1600℃下烧结2h时,MgO-ZrO2质耐火材料获得良好的致密度。经过1600℃烧结2h的烧结性能最好,其中当ZrO2的加入量为15%时,MgO-ZrO2质耐火材料性能最佳,其体积密度为3.39 g·cm-3,显气孔率为5.51%,相对密度为88.91%,常温耐压强度为205 MPa,同时具有良好的抗热震性能和抗渣侵蚀性能。在1600℃下烧结2h时,随着ZrO2的加入量的增加,MgO-ZrO2质耐火材料中的ZrO2分布得更加均匀,结构致密。随着ZrO2加入量的增加,熔渣侵蚀深度显著降低,抗渣侵蚀性能提高。（2）CeO2的加入对MgO-ZrO2质耐火材料致密度和抗热震性能具有显著影响。CeO2的添加提高了 MgO-ZrO2质耐火材料的致密度,使其显气孔率降低,体积密度增大,相对密度增大。其中,ZrO2加入量为20%和CeO2加入量2%的MgO-ZrO2质耐火材料的性能最优,其体积密度为3.54 g.cm-3,显气孔率为3.64%,相对密度为90.02%,常温耐压强度最高为269 MPa,同时具有良好的抗热震性能和抗渣侵蚀性能。CeO2一方面促进MgO晶粒的烧结,另一方面稳定试样中ZrO2。随着CeO2加入量的增加,MgO-ZrO2质耐火材料中ZrO2的物相发生了转变,当CeO2加入量为1%时为c-ZrO2,当CeO2加入量为2%时,ZrO2的物相为t-ZrO2。同时CeO2的加入提高MgO-ZrO2质耐火材料的常温耐压强度、抗热震性和抗渣侵蚀性能。（3）TiO2的加入显著提高了 MgO-ZrO2质耐火材料致密度,使MgO-ZrO2质耐火材料的显气孔率显著降低,体积密度增大,相对密度增大。同时,TiO2提高了MgO-ZrO2质耐火材料的常温耐压强度、抗热震性和抗渣侵蚀性能。其中ZrO2加入量为10%和TiO2加入量1%的MgO-ZrO2质耐火材料具有优良的综合性能,其体积密度为3.58 g·cm-3,显气孔率为1.01%,相对密度为95.75%,常温耐压强度最高,为325 MPa,同时具有良好的抗热震性能和抗渣侵蚀性能。TiO2的加入使得MgO-ZrO2质耐火材料显微结构紧密,试样中的硅酸盐相明显减少,硅酸盐相和钛酸钙相以弧岛状存在于颗粒间的空隙中,从而提高了 MgO-ZrO2质耐火材料的性能。
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