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镁铝氧氮化物(MgAlON)具有良好的热震稳定性、优异的抗熔渣侵蚀和抗熔体渗透性能,因此,MgAlON结合氧化物耐火材料是RH精炼炉用环境友好型耐火材料重要研究方向。基于金属铝在氧化物基体中呈现出的高温反应活性和梯度结构反应特性,本论文将金属铝引入到Al2O3-MgO耐火材料中,探究了高温氮气条件下铝镁溶胶结合Al-Al2O3-MgO耐火材料的物相、结构与性能;制备的MgAlON结合氧化镁质耐火材料服役性能优良,综合炉龄较电熔再结合镁铬耐火材料提升14%。具体研究结果如下:气氛影响着以刚玉和镁砂为原料合成镁铝尖晶石物相的反应路径与反应机理。与空气气氛下反应烧结制备的镁铝尖晶石相比,高温氮气气氛降低了MgO稳定性,赋予了镁铝尖晶石的气-固传质反应路径,提高了镁铝尖晶石反应生成速率,降低了镁铝尖晶石合成温度。气-固传质方式生成的镁铝尖晶石包覆刚玉颗粒,作为结合相将骨料和基质良好地结合在一起,提升了耐火材料性能—常温耐压强度约135MPa,常温抗折强度约17MPa。基于金属铝在氧化物基体中呈现出的高温反应活性和梯度结构反应特性,构建Al-AlN核膜结构,探究了高温氮气气氛下铝镁溶胶结合Al-Al2O3-MgO耐火材料的物相与微结构演变机理。铝镁溶胶结合Al-Al2O3-MgO耐火材料中MgAlON尖晶石呈现三种不同形貌—粒状、壳状、片状。MgAlON尖晶石生成机理为:在低温阶段,Al(s)与氮气发生反应,形成Al-AlN核膜结构;随着温度升高,金属铝发生Al(s)→Al(l)→Al(g)转变,造成Al-AlN核膜破裂,Al(l/g)溢出/逸出,并与氮气反应生成AlN,反应生成的AlN与镁铝尖晶石反应,生成粒状MgAlON尖晶石;Al-AlN核膜原位与镁铝尖晶石发生反应,生成壳状MgAlON尖晶石;在气-气反应阶段,Mg(g)与Al2O(g)、Al(g)、N2(g)和O2(g)发生化学气相沉积,形成MgAlON尖晶石晶核,依附于粒状、壳状MgAlON尖晶石的MgAlON尖晶石晶核最终生长为片状MgAlON尖晶石。RH精炼炉实际运行过程中内衬耐火材料要承受着高温载荷作用,使得探究高温载荷下铝镁溶胶结合Al-Al2O3-MgO耐火材料的物相组成、物相演变机理尤为重要。在高温载荷作用下,Al-Al2O3-MgO耐火材料呈现出分层现象—外部存在Al-Al2O3核膜结构,内部存在Al-AlN核膜结构。外部Al-Al2O3核膜结构破裂,金属铝逸出/溢出,降低了氧分压和镁铝尖晶石反应温度。内部物相演变不同于外部。Al-AlN核膜结构破裂后,Al(l/g)溢出/逸出,与体系物质形成三种不同形貌的MgAlON尖晶石—Al(l)与镁铝尖晶石和N2反应生成的粒状MgAlON尖晶石;Al-AlN核膜原位转变形成的壳状MgAlON尖晶石;Al2O(g)、Al(g)与Mg(g)、N2(g)和O2(g)发生气-气传质反应形成的片状MgAlON尖晶石。镁铝尖晶石和MgAlON尖晶石的反应体积效应、壳状MgAlON的刚性弥散增强效应和片状MgAlON的网络桥接效应,三者共同作用,赋予了Al-Al2O3-MgO耐火材料优异的抗蠕变性能。蠕变结果表明:未添加金属铝时,Al2O3-MgO耐火材料蠕变速率大,曲线变化幅度大,实验过程中未呈现稳态蠕变阶段;金属铝引入后,Al2O3-MgO耐火材料的蠕变速率小,曲线变化幅度小。基于金属铝对铝镁溶胶结合Al-Al2O3-MgO耐火材料的物相、结构与性能的基础研究,当基质部分加入6wt%金属铝时,Al-Al2O3-MgO耐火材料的常温性能、热震稳定性能及高温抗折强度等综合性能优。制备的新型Al(6wt%)-Al2O3-MgO耐火材料,在国内250tRH精炼炉的关键部位(浸渍管、环流管、下部槽)进行试用,其平均寿命较电熔再结合镁铬耐火材料提高14%,是RH精炼炉用新型环境友好型耐火材料。新型Al-Al2O3-MgO耐火材料对不同类型RH精炼渣(CaO/SiO2比分别为0.94和5.01)均具有优异的抗化学侵蚀和抗渗透性能。不同于由方镁石和(Mg,Fe)(Al,Cr)2O4组成的电熔再结合镁铬耐火材料,Al-Al2O3-MgO耐火材料内含有三种不同类型尖晶石—镁铝尖晶石、片状MgAlON尖晶石和非片状MgAlON尖晶石。与钢液和熔渣接触时,氧化镁与尖晶石结合相(镁铝尖晶石和非片状MgAlON尖晶石)吸收钢水或熔渣中的Fe2 、Mn2 、Cr3 等离子形成(Mg,Mn,Fe)O和(Mg,Mn,Fe)(Al,Cr)2O4固溶体过渡层,改变了材料的结构及接触熔渣的成分;片状MgAlON尖晶石和氧化镁、镁铝尖晶石致密层,改善Al-Al2O3-MgO耐火材料内的气孔结构、降低了气孔径。两者共同作用下,赋予了Al-Al2O3-MgO耐火材料与钢水或熔渣渗透侵蚀反应的新路径,延长了与钢水或熔渣的反应时间,提升了材料的抗化学侵蚀性能和抗介质渗透性能。在RH精炼炉停炉操作期间,Al-Al2O3-MgO耐火材料因(Mg,Mn,Fe)O和(Mg,Mn,Fe)(Al,Cr)2O4固溶体过渡层出现剥落,产生的剥落层厚度较电熔再结合镁铬耐火材料薄,固Al-Al2O3-MgO耐火材料抗侵蚀性能优。