MgO-CaO-TiO2-ZrO2材料在烧结过程中的物理化学变化

摘要

耐火材料因为其耐高温性，被广泛应用在高温设备的内衬中，受到了高温产业的青睐。随着工业技术的发展，高温产业在应用耐火材料时，已经不仅仅局限于其耐高温性。经过长期的发展和研究，耐火材料的诸多性能被开发出来，例如：抗渣性、抗热震性、抗水化性、净化钢液等等。目前，钢铁行业发展迅速，对炼钢技术要求越来越高，对洁净钢的需求逐渐增多。镁钙系耐火材料由于其良好的耐高温性、抗渣性和净化钢液性能，受到了钢铁、有色冶金和水泥行业等的广泛关注，是冶炼洁净钢的首选耐火材料。
　　镁钙系耐火材料具有诸多优良的性能，被广泛的应用于钢铁产业和水泥产业，但也有一些问题和缺点，游离CaO极易水化严重阻碍了镁钙系耐火材料的应用。目前，关于镁钙系耐火材料的研究大多数都是为了提高其抗水化性来开展的，经过多年的研究，提高抗水化性的方法主要有以下三种：一是烧结法；二是添加外加剂法；三是表面处理法。烧结法主要采用二步煅烧或者提高烧结温度来实现，添加外加剂中常见的有Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Cr2O3等。在提高镁钙系抗水化性的研究中，并不是单独采用某一种方法，而是多种方法结合使用，更有效的提高其抗水化性。
　　本课题以轻烧白云石为主要原料，以二氧化钛粉和二氧化锆粉为添加剂，在不同的温度下进行煅烧，研究在外加剂和温度的变化下对试样的致密性、抗水化性和物相组成的影响。本课题的研究分四个方面：（1）单独添加二氧化钛粉，制备MgO-CaO-TiO2耐火材料，研究TiO2的加入对试样的致密性、抗水化性和物相组成的影响；（2）单独添加二氧化锆粉，制备MgO-CaO-ZrO2耐火材料，研究ZrO2的加入对试样的致密性、抗水化性和物相组成的影响；（3）复合添加二氧化钛粉和二氧化锆粉，制备MgO-CaO-TiO2-ZrO2耐火材料，研究TiO2和ZrO2的加入对试样的致密性、抗水化性和物相组成的影响。（4）在前三组试验的基础上，选取DMT3、DMZ3和DMTZ4三个配方并添加石英粉，研究SiO2的加入对三个配方试样的致密性、抗水化性和物相组成的影响。
　　结果表明：（1）引入添加剂和提高烧结温度都对耐火材料的致密性和抗水化性产生了显著影响，单独添加TiO2时，添加量为4％的试样的致密性最好，抗水化性能最高。烧结温度为1450℃时效果最佳；单独添加ZrO2时，添加量为20%的试样的致密性最好，抗水化性能最高。烧结温度为1550℃时效果最佳；复合添加TiO2和ZrO2时，添加量分别为4%和16%的试样的致密性最好，抗水化性能最高。烧结温度为1450℃时效果最佳。（2）引入添加剂TiO2和ZrO2后，试样产生了新的物相CaTiO3和CaZrO3，提高烧结温度，促进了晶粒的长大，颗粒更加均匀。（3）在三个配方中添加SiO2后，试样的体积密度减小，显气孔率增大，水化增重率变大，没有改善试样的致密性和抗水化性。

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1 绪论

1.1 前言

1.2 MgO-CaO耐火材料的发展

1.3 MgO-CaO耐火材料的特性

1.4 MgO-CaO耐火材料的存在的问题及解决方法

1.5 MgO-CaO耐火材料的应用

1.6 课题的提出和研究内容

2 理论基础

2.1 镁钙系耐火材料水化反应热力学和动力学基础

2.2 TiO2和ZrO2的性质

2.3 MgO-TiO2和CaO-TiO2相图

2.4 MgO-ZrO2和CaO-ZrO2相图

3 实验

3.1 实验原料

3.2 实验设备

3.3 实验步骤

3.4 性能表征

4 实验结果及讨论

4.1 MgO-CaO-TiO2系列

4.2 MgO-CaO-ZrO2系列

4.3 MgO-CaO-TiO2-ZrO2系列

4.4 引入添加剂石英对镁钙系耐火材料的影响

5 结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文

致谢