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2013-铝粉加入量对铝锆碳滑板材料性能的影响

2024-08-09 来源:乌哈旅游
440~442.446@,,,一坛『H簏龟慧憋2013年12月第47卷第6期铝粉加入量对铝锆碳滑板材料性能的影响田锋1’许承凤2’河南洛阳4710391)中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司2)马鞍山钢铁股份有限公司耐火材料公司安徽马鞍山243000摘要:在铝锆碳滑板材料的常规配方(板状刚玉颗粒、电熔锆刚玉、白刚玉微粉、石墨、板状刚玉粉的质量分数分别为55%、20%、10%、3%、12%,同时外加2.5%和4%质量分数的外加物和结合剂)中,以质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%、10%的金属铝粉等量取代板状刚玉粉,经混练、成型、干燥后,一部分在生产现场与铝锆碳滑板一起埋炭烧成(1300~1500℃),再分别在冷水中浸泡25h和在隧道窑中于1300~1400℃重烧;另一部分在实验室电炉中于1000℃埋炭保温3h烧成,再在冷水中浸泡25h。检测不同条件下烧成及再处理后试样的常温耐压强度、质量变化率和加热永久线变化率。结果表明:1)随着铝粉加入量的增加,在上述两种条件下烧成后试样及在上述两种条件下烧成后再经冷水浸泡后试样的常温耐压强度均呈增大趋势,但冷水浸泡后试样的常温耐压强度均比浸泡前减小;2)随着铝粉加入量的增加,在生产现场与铝锆碳滑板一起烧成后试样在隧道窑中重烧后,其常温耐压强度逐渐减小,质量变化率和加热永久线变化率逐渐增大。关键词:铝粉;铝锆碳滑板;常温耐压强度;质量变化率;加热永久线变化率中图分类号:TQl75文献标识码:A文章编号:1001一1935(2013)06一0440—03DOI:10.3969/j.issn.1001一1935.2013.06.011耐火材料中加入的金属铝在烧成(热处理)及使用过程中与氧、氮、碳等反应生成氧化铝、氮化铝、碳化铝等。前者是重要的耐火原料,后两者也有相当良好的高温性能。但是,氮化铝、碳化铝等在自然环境中的水化和在使用过程中的再氧化会劣化产品的常温性能;此外,金属铝及其反应产物的上述反应还会影响材料的体积稳定性。由于这些氧化、氮化、碳化、水化和再氧化反应的发生既与金属铝加入量有关,又与烧成条件、储存条件和使用条件有关,因此在铝锆碳滑板材料中加入不同量的金属铝粉,然后在不同条件下烧成和再处理,研究了金属铝粉加入量及烧成和再处理条件对铝锆碳滑板材料常温强度和体积稳定性等性能的影响。铝粉;≤0.045mm(325目)的外加物。结合剂为液体酚醛树脂。1.2试样制备试验配方见表1。金属铝粉等量取代板状刚玉粉,以保证各试样中颗粒与细粉的质量比均为70:30。表1试验配方原料1—7—产乞广可TabIe1FOrmuIatiOnsOfsDecimens1试验试验原料有:加(Al:O,)≥98.5%的板状刚玉颗粒按表1的配比称料。原料先人工预混,再在搅拌锅中低速预混。将用适量酒精调和均匀且黏度合适的树脂酒精溶液倒入搅拌锅中,低速搅拌后,将底部积料人工翻上,然后高速搅拌。搅拌好的泥料放人塑1.1原料和细粉(细粉粒度≤0.045mm);训(ZrO:)≥25%、俐(A1:0。)≥72.5%的电熔锆刚玉颗粒和细粉;粒度≤5斗m、埘(A1:03)≥98%的白刚玉微粉;鲫(C)≥97%的石墨;≤0.045mm(325目)、叫(A1)≥97%的工业t田锋:男,1964年生,高级工程师。E—mailtianfen90379@163.com收稿日期:2013—03一15编辑:黄卫国440州HuoCAIL∞/耐火材料2013/6万方数据h竹p://州州.nhcI.com.cn第6期田锋,等:铝粉加入量对铝锆碳滑板材料性能的影响h。2013年12月料袋中密封24在首次烧成过程中原位生成的碳化物、氮化物等增强相发生氧化,因此从2”试样开始其强度逐渐减小。在铝锆碳滑板实际烧成条件下烧成后试样再经冷水浸泡和隧道窑重烧后的常温耐压强度变化率见图2。可以看出:冷水浸泡后,试样的常温耐压强度变化率相差不大;在隧道窑中重烧后,14试样的常温耐压强度增大率接近100%,而6。试样的常温耐压强度减小率约为75%。琴在试验液压机上,采用相同的工艺手法成型为小36mmx36mm的试样,自然放置24h后,在电烘箱h。中于110℃干燥241.3试样处理及性能检测取部分干燥后试样,在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成(温度1lO300~l500℃,时间>h),测量试样烧后的质量变化率和线变化率,并检测其常温耐压强度。再取上述烧后试样,一部分置于冷水中浸泡25h,另一部分在黏土砖烧成隧道窑中重烧(温度1300~1400℃,时间>8h),然后分别检测其常温耐压强度,并计算强度变化率。取另一部分干燥后试样,在实验室内用小匣钵埋炭(细焦炭颗粒)后在电炉中于1000℃保温3h烧静兰斟趟骥出窿赠妊成,检测烧后试样的常温耐压强度。再取上述烧成后试样,置于冷水中浸泡25h,然后检测其常温耐压强w(金属铝粉y%度,并计算强度变化率。图2在生产现场中与铝锆碳滑板砖—起埋炭烧成后试样再经冷水浸泡和再经隧道窑重烧后的常温耐压强度变化率Fig.2ChangeratesfOrcoldcrushingstrenglhunderdIfferentprocessingconditiOns2结果与讨论在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后在实验室中埋炭烧成后试样以及烧成后再经冷水浸泡后试样的常温耐压强度见图3。可以看出:随2.1试样的常温耐压强度试样以及烧成后再经冷水浸泡和隧道窑重烧后试样着铝粉加入量的增加,试样的常温耐压强度均呈逐渐增大的变化趋势,这也是因为铝粉熔化的助烧结作用以及铝粉发生碳化、氮化等原位反应的增强作用随着金属铝含量的增加而增大;但冷水浸泡后试样的常温耐压强度比浸泡前明显减小,这同样是试样中部分碳化铝和氮化铝发生水化所致。的常温耐压强度见图1。可以看出:1)随着金属铝含量的增加,在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后试样以及烧成后再经冷水浸泡后试样的常温耐压强度总体上呈上升趋势,这是因为铝粉熔化的助烧结作用以及铝粉发生碳化、氮化等原位反应的增强作用随着金属铝含量的增加而增大;但冷水浸泡后试样的常温耐压强度明显减小,这是试样中部分碳化铝和氮化铝发生水化所致。2)随着金属铝含量的增加,烧£至成后试样在隧道窑中重烧后的常温耐压强度逐渐减小。重烧一方面导致试样进一步烧结强化,因此l”试趟麓趟盔赠艇样和2”试样的强度比重烧前增大;另一方面导致试样+在生产现场与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成+在生产现场埋炭烧成后再经冷水浸泡/芷2>u兰w(金属铝粉嬲图3在实验室埋炭烧成后试样及再经冷水浸泡后试样的常温耐压强度Fig.3COIdcrush{ngstrength0fspecimenscarbOn-embeddedfiredjnIaboratOryandthensOakedincOIdwater·.-在生产现场埋炭烧成后再经隧道窑萤疑蜊200穗Ⅲ藿150赠在实验室中埋炭烧成后试样再经冷水浸泡后的常温耐压强度变化率见图4。可以看出,随着金属铝246810船100含量的增加,除28试样出现反常外,其他试样的常温耐压强度减小率呈逐渐增大的变化趋势。2.2试样的质量变化率干燥试样在生产现场与铝锆碳滑板一起烧成后w(金属铝粉y%图1在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后试样及再经冷水浸泡和再经隧道窑重烧后试样的常温耐压强度Fig.1COIdcrushingcOndi葡0nsstrengthunderdIfferentprocessing以及烧成后试样再在隧道窑中重烧后的质量变化率h竹p://州州.nhc|.com.cn2013/6耐火材料/REFRAcT0刚Es441万方数据耐火材料/NAJHuocAILlAo2013年第47卷产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后试样中含鋈*鼍有未反应的金属铝,在重烧过程中这些金属铝继续与空气中的氮、氧反应而发生体积膨胀。制瑙氍出谊瑁靶图4在实验室埋炭烧成后试样再经冷水浸泡后的常温耐压强度变化率Fig.4COIdcrushingslrengIhchangeralesofspecimenscar-bon-embeddedfjredinIabOratO哆andthensOakedjncOIdwaterw(金属铝粉),%见图5。可以看出:1)干燥试样在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后均表现为质量增大,并且质图6在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成及再经隧道窑重烧后试样的线变化率FIg.6Changeratesindimensionsofspecimenscarbon-em-beddedfired0nprOductionsitewithA1203一Zr02一Cs¨deDIaleandre·firedIntunnelkiIn量增大率随金属铝含量的增加而逐渐增大,这是铝粉在高温下与空气中的氮、氧反应所致。2)随着金属铝含量的增加,烧成后试样在隧道窑中重烧后的质量变化率急剧增大,从1。试样的约一4.4%增大到6”试样的约1.5%。在隧道窑重烧过程中,试样中碳的氧化2.4其他观察在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后再在隧道窑中重烧后试样发现,1。试样和2。试样完好,3。山4试样出现从小(微裂纹)到大(0.05mm)的网引起试样质量减小,残余金属铝的氧化和氮化引起试样质量增大。随着金属铝含量的增加,在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后试样中残余的金属状裂纹。从重烧试样压碎后的断面来看,1。试样几乎全部氧化,2’试样中部有未变层,34试样中部未变层直径最大,44一。试样中部未变层逐步缩小直至消失。观察在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后再经冷水浸泡后试样发现,5”试样和64试样的一端已出现鼓胀和裂纹。各取一块试样置入双层塑料袋中密封保存,一周后发现有强烈刺鼻的氨气气味;几个月后发现,l4-4”试样完好,5。试样变化不明显,64试样有微裂纹。铝增多,残余金属铝与空气中的氮、氧反应引起的质量增大逐渐抵消然后超过碳氧化造成的质量减小。观察在实验室埋炭烧成后再经冷水浸泡后试样发现,各试样外形完好。各取一块试样置入双层塑料袋中密封保存,几个月后发现,l。-44试样完好,5’试样变化不明显,6”试样有微裂纹。图5在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成及再经隧道窑重烧后试样的质量变化率Fig.5MasschangeratesofspecjmenscarbOn-embeddedfired0nprOductionsitewithA1203一Zr02一CsIideplateandre-firedintunneIk¨n3结论(1)随着铝粉加入量的增加,在生产现场中与铝2.3试样的线变化率干燥试样在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后以及烧成后试样再在隧道窑中重烧后的加热永久线变化率见图6。可以看出:1)干燥试样在生产现场中与铝锆碳滑板砖一起埋炭烧成后,试样尺寸变化均不大,线变化率在一0.02%~+0.22%范围内波动。2)烧成后试样在隧道窑中重烧后均发生膨胀,锆碳滑板砖一起埋炭烧成后试样、在实验室内埋炭烧成后试样以及在这两种条件下烧成后再经冷水浸泡后试样的常温耐压强度均呈逐渐增大的趋势,但冷水浸泡后试样的常温耐压强度均比浸泡前减小。(2)随着铝粉加入量的增加,在滑板实际烧成条件下烧成后试样在黏土砖烧成隧道窑中重烧后,其常温耐压强度逐渐减小,质量变化率和加热永久线变化率逐渐增大。(下转446页)并且膨胀率随金属铝含量的增加逐渐增大,从l8试样的约0.2%增大到6’试样的约3%。这还是因为在生442州Hu0cA|LlA0/耐火材料2013/6万方数据h竹p:/巾nⅣw.nhcI.com.cn耐火材料/NAIHuocAlLIAo0n2013年第47卷E仟eCtOfCaOadditiOnphasecOmpositionandpropertiesofZr02products/LiXuewei,DuanGuifang,LiuChunhong,YanLeixin,ZhengShuhang,ZhangLjming//NaihuoCa¨iao.一2013,47(6):443Abst陷ct:EffectsofCaOadditions(0,O.5%,1.0%,1.5%,2.0%,3.5%,5.0%and7.0%,inmass)onphaseCOmpOsitiOnandpropertiesofzircOniaprOductswerestudiedusingCaOpartiaIIystab.|izedZr02andcOmmerciaIZr02asstartingmateriaIs.TheresultsshowthataddingCaOhasobViouse仟ectsonphaseconlpOsjtjon;asCaOadditionjncreases,Zr02stabiI|tydegreeincreases,densityandthermaIshockresist~ancedecI_ne;whenCaOadditionis1.5%,thespecimenhasthehigheststrength.ThestressformsontheinterfacesbetweenmOnOc|.nicphaseandstabIIizedZrO,becauseoftheirdi仟erentthermaIexpansioncoef~f-cients。andresultsintheabnormaIthermaIshOckresistanceofspecimenswithIessstab-IizedZr02.Keywords:caIcia;zirconiaproduct;phasecomposition;prope耐Firstauthor’saddress:StateKeyLaboratoryofAdVancedRefractories,SinosteeILuoyanglnstituteofRe—fraCtOrieSReSearchCO.,Ltd.,LuOyang471039,Henan,China{!绵§!缘甚缔过绵{寥秘!绵{!;乖{!‘尔延坏鼢牝尔也尔出承趟绵出乖也尔也乖出i沁厅姑厅沁乖出希出厅沁万姑4沁牙池毋出霹出面鸱i沁稍祭吻斛镅过矫出秕希幽秘场过坏也乖出秘%过绵出秘%心珠烁(上接442页)InfIuenCe0faluminumpowderadditionfeng//Naihuo0nproperties0fA1203一Zr02一Cs¨depIate/TianFeng,XuCheng’Ca¨iao.一2013,47(6):440Abstract:TheexperimentaIbasicformuIationofA1203一Zr02一CsI.depIatewas55%(inmass,thesamehereinafter)tabuIarcorundumparticIe,20%fusedzirconiacorundum,10%whitefusedcorundummi—CrOpowder,3%graphite,12%tabuIarcorundumpowder,extra2.5%additiVe,ande×tra4%binder.ThegreenspecimensofA1203一Zr02一CslidepIatewerepreparedbyrep}acingthesamequantityoftabuIarco·rundumpowderwithaIuminumpowder(0,2%,4%,6%,8%and10%),mixing,shapinganddrying.Somegreenspecimenswerecarbon-embeddedfiredat1300—1500℃withA1203一Zr02一CsIidepIateductiOnSite。soakedincOIdwaterfOr25h,thenre—firedatl300—1400c【3inspecimenswerecarbon—embeddedfiredat1aonpro—tunnelkiIn;sOmegreen000℃for3hinane×perimenfaIeIectricfurnace,andsoakedinc0IdwaterfOr25h.ThecOldcrushingstrength,masschangerateandpermanentchangeindimensions0nheatingOfthespecimensfired0rsOakedincoldwaterundertwoconditiOnsweredetermined.There—suItsshOwthat:withaIuminumpOwderadditiOnincreasing,thecoIdcrushingstrengthOfspecimensafterfiringOrsoaklngincOldwaterundertwoconditionsincreases,butthecoIdcrushingstrengthdecreasesaf’tersOakInaincOldwater;fOrspecimensre—firedinlhelunnelk.In,withaIuminumpOwderadditionincreas—ing,cOIdcrushingstrengthdecreasesgraduaIIy,masschangeraleandpermanentchangeindimenSionSOnheatingincreasegraduaIIy.Keywords:aIuminumpOwder;aIumina—zircOnia—carbOns|idepIate;cOIdcrushingstrength;masschangerate;permanentchangeindimensiOnsOnheatingRefraclOriesResearchFirStauthor’SaddreSs:SinOsteelLuoyanglnsliluleOfCO.,Ltd.,LuOyang471039,Henan.Chlna446NA|HuocAluAo/耐火材料2013/6h竹p://州州.nhcI.com.cn万方数据铝粉加入量对铝锆碳滑板材料性能的影响

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田锋, 许承凤, Tian Feng, Xu Cheng-feng

田锋,Tian Feng(中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 河南洛阳471039), 许承凤,Xu Cheng-feng(马鞍山钢铁股份有限公司耐火材料公司 安徽马鞍山243000)耐火材料Refractories2013,47(6)

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