不同基质结合钢包透气砖材料性能研究

摘要

透气砖是精炼钢包底吹氩工艺中的主要元件，服役条件苛刻、寿命较短、已成为制约钢包耐火材料寿命的薄弱环节。透气砖因高温间歇性服役、钢渣堵塞及烧氧清洗流程，需要透气砖材料具备优良的抗热震性，也需兼具优良的高温强度。两者的兼顾是目前相关研究的难点和重点。本文试图通过调整镁砂加入量、选用MgO微粉、镁质结合剂以及添加TiO2优化氧化物结合铝镁铬材料的基质组成，以及引入非氧化物结合体系研制铝镁材料，探讨其对材料冷态物理性能、高温强度、抗热震性的影响，以期开发高效长寿透气砖。
　　结论如下:
　　(1)镁质结合剂结合的铝镁铬质浇注料虽然具有良好的抗热震性，但材料烘后强度和高温强度均较小，难以满足透气砖使用要求。
　　对于采用板状刚玉、电熔镁砂、Al2O3微粉、Cr2O3等为主要原料，铝酸钙水泥为结合剂浇注成型的铝镁铬质浇注料，镁砂加入量以2-3wt％为宜，其经1600℃烧成后具有较大的体积密度、冷态和热态强度，但抗热震性不佳;
　　加入细磨镁砂的材料堆积密度增大，使得材料的体积密度，冷态和热态强度均有所增大;细磨镁砂（MgO微粉）的粒度d50为10μm或15μm时，材料性能相对较好，基质新生尖晶石分布均匀，线变化率小，但材料的抗热震性没有得到明显改善;
　　添加TiO2微粉，可促进烧结，增大了材料的强度及体积密度，且高温下原位生成超低热膨胀系数Al2TiO5，能显著提高材料抗热震性。其加入量以6wt％为最佳，同时兼具良好的抗热震性和较大高温强度;
　　(2)以板状刚玉、Al2O3细粉、电熔镁砂、金属铝粉为主要原料，酚醛树脂作为结合剂，机压成型压制成生坯，经高温氮化处理后制备的铝镁材料具有良好的性能。当镁砂加入量为2wt％，金属铝粉加入量为10wt％时，经高温氮化后，材料的性能最佳。相比之前实验中的铝镁（铬）质浇注料，此工艺制备的铝镁质材料高温强度和抗热震性具有明显优势，且非氧化物具有不与钢水润湿的特点，对改善透气砖因钢液渗透而堵塞具有积极作用，有望开发出长寿钢包透气砖。

目录

声明

摘要

前言

第一章 文献综述

1．1 钢包吹氩工艺及发展

1．1．1 钢包吹氩工艺作用及原理

1．1．2 钢包吹氩的发展

1．2 钢包透气砖概述

1．2．1 透气砖的发展及特点

1．2．2 透气砖的损毁

1．3 透气砖研究现状

1．3．1 刚玉-尖晶石质透气砖

1．3．2 非氧化物结合耐火材料

1．4 课题研究目的及内容

第二章 氧化物结合铝镁铬浇注料

2．1 试样制备及测定

2．2 镁质结合剂结合铝镁铬浇注料

2．2．1 镁质结合剂结合体系

2．2．2 镁质结合剂的化学组成和粒度

2．2．3 冷态物理性能

2．2．4 高温性能

2．2．5 Al2O3-MgO-SiO2三元相图分析

2．2．6 小结

2．3 水泥结合铝镁铬浇注料

2．3．1 水泥结合体系

2．3．2 镁砂加入量对材料性能的影响

2．3．3 镁砂粒度对材料性能的影响

2．3．4 添加TiO2对浇注料性能的影响

2．4 本章总结

第三章 非氧化物结合铝镁材料

3．1 Al的非氧化物

3．2 试样制备及测定

3．3 过渡塑性相工艺

3．4 不同烧成温度基质部分物相分析

3．5 镁砂加入量对材料性能的影响

3．5．1 冷态物理性能

3．5．2 高温性能

3．5．3 小结

3．6 金属铝粉加入量对材料性能的影响

3．6．1 物相分析

3．6．1 冷态物理性能

3．6．2 高温性能

3．6．3 抗水化性

3．6．4 小结

3．7 本章总结

第四章 总结论

参考文献

在学期间研究成果

致谢