铬溶胶对刚玉尖晶石耐火浇注料性能影响的研究

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不定型耐火材料是近代冶金、建筑等领域中不可或缺的重要材料。不定型耐火浇注料不需要事先成型和经过高温煅烧处理,并且有着施工较为简单,生产效率高的特点,因此成为耐火材料不定型化的主要发展方向。通常由耐火骨料、粉料、结合剂和外加剂等组成的耐火浇注料,会根据使用环境和用途来调配,因此结合剂的选用起到了决定性作用。刚玉质浇注料通常以铝酸钙水泥作为结合剂使用,虽然有较高早期强度的优势但也存在中温强度低、养护工艺复杂的缺点。随着结合剂技术的发展,铝、硅溶胶也作为结合剂相继出现在人们的视线,其中,铝溶胶要求强酸环境下才可以保持稳定,但强酸会对骨料影响较大,使得耐火浇注料的稳定性降低;另外,铝溶胶固含量低,常温条件下的铝溶胶强度低,对耐火浇注料的性能也会有所影响。此外,在耐火材料中添加硅溶胶时,浇注料内部会生成大量的Si O2影响其在高温下的性能,并且也会使得其流动性较差而影响施工[2]。Cr2O3的化学性质稳定、高温性质优异,具有很高的硬度和良好的耐火性能,因此在耐火材料方面一直都有广泛使用。但是Cr2O3如果大量使用对环境保护会带来很大的压力,因此在保持耐火材料性能的前提下,减少和避免使用Cr2O3成为耐火材料研究和发展的方向。以铬溶胶的形式在耐火材料里面引入Cr2O3,可以起到部分替代结合剂并同时改善耐火材料性能的双重作用。为此,研究了一种铬溶胶的制备方法,通过扫描电镜、透射电镜、激光粒度仪等材料观察检测手段,分析铬溶胶的胶粒形貌、颗粒大小,存在形式以及保持稳定所需要的条件等。然后在制备出合适铬溶胶的基础上选出适用于耐火浇注料溶胶体系将其加入至按一定配比混好的浇注料中,研究其对浇注料的微观结构、力学性能、热学性能的影响研究,分析了添加不同含量的铬溶胶替代铝酸盐水泥结合后刚玉-尖晶石质浇注料的性能。在此基础上讨论铬溶胶替代铝酸盐水泥作为结合剂添加至耐火浇注料中,并尽量减少Cr2O3的用量力图开发出一种较为优质的耐火浇注料的可行性。通过系统的研究,可以得出如下主要结论:1、采用简单的方法,制定出合适的制备工艺,选用六水氯化铬和三水乙酸钠作为原料,制备了一系列不同固含量的铬溶胶,对其粒度分布、pH值以及在不同温度处理下的微观结构和物相组成进行了分析、表征。结果表明:(1)铬溶胶的稳定性受pH值、固含量的影响较大。pH值和固含量越高,溶胶系统越不稳定,有着凝胶化的趋势。(2)铬溶胶的粒径受固含量、老化时间的影响较大。实验可知,随着固含量的增加,铬溶胶粒子也相应的变大;随着老化时间的增加,铬溶胶粒子粒径减少,当系统老化时间在3d时,系统粒径趋于稳定。2、结合耐火浇注料配料体系的物化特点及浇注料性能要求,筛选出固含量在10%、pH=7.5的铬溶胶加入到耐火浇注料中,其特点为:控制Cr3+:Ac-=1:3的比例下,温度在40℃且固含量保持在10%,可得到平均粒径在0.9μm并且能够稳定存在于pH=7.5环境下。3、通过自然干燥的溶胶粉体成圆钵形,其粒径大小在1μm左右。在煅烧过程中颗粒粒径呈先变小后变大的趋势。在110℃煅烧后其粒度减小到200nm左右,继续升温到1100℃其粒度没有明显变化,当温度达到1500℃其粒度又开始变大到2μm左右。这说明在1100℃以后出现了烧结现象,出现物质迁移晶体发育长大。4、当耐火浇注料中添加量为0.5%的铬溶胶时,中温强度最高。其结果表明:随着铬溶胶含量的增加,导致浇注料体系流动性降低;随着添加铬溶胶的量增多,降低了浇注料抗熔渣侵蚀的特性,但是会提高浇注熔渣抗渗透能力;通过显气孔率、体积密度的测定可知添加铬溶胶可以显著的提高浇注料的致密度;确定0.5%铬溶胶的浇注料可以有效的促进浇注料的烧结使其中温强度较原来有提升,但高温强度提升不明显。
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