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博耐特—一种新型耐火原料

  

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博耐特—一种新型耐火原料

  

博耐特—一种新型耐火原料

  30次。 和板状刚玉振动浇注料试验数据类型 预处理BON1 BON2 BON3 TAB 10min 20.7 20.5 21.1 20.1 30min 20.2 20.0 21.6 20.1 振动流动值/cm 60min 19.6 18.4 19.9 19.3 开始1/min 113 55 135 106 开始2/h 3.6 2.0 4.2 2.8 EXO EXO Max/h 5.9 3.7 6.4 4.4 11024h 2.88 3.10 2.97 3.22 10005h 2.85 3.07 2.93 3.19 体积密度/gcm -3 15005h 2.78 3.06 2.86 3.15 11024h 17.6 13.2 15.2 12.6 10005h 22.3 16.3 21.1 14.8 显气孔率/% 15005h 25.7 18.1 24.1 15.6 2024h 11024h15 18 17 20 4005h 11 17 15 14 10005h 10 13 12 18 常温抗折强度/MPa 15005h 57 64 55 61 2024h 11024h11 17 15 14 4005h 10 13 12 18 10005h 57 64 55 61 常温耐压强度/MPa 15005h 38 35 23 35 11024h 4005h -0.09-0.03 -0.06 +0.51 1000 5h +0.08+0.05 永久线.93% 0.93% 0.96% Dmax1192 1200 1200 1200 T1 1578 1616 1602 1700 荷重软化温度 (0.2MPa,1000 预烧) T2 1630 1689 1653 1700 抗热震性/(循环次 950室温

  30

  99.4 22.59.5 33 CaO 8.5 0.240.14 0.39 Na 0.090.15 0.03 SiO 0.9

  3.3

  10 MPa(1000 C)和

  95%)处理200h。根据ASTM 标准,540预热处理的博耐特浇注料的抗CO侵蚀级别为 A(最高级别,1095预热处理后该浇注料的抗CO侵蚀的级别为B。 6结论及展望 六铝酸钙矿(CA )物虽已被大家所熟知,但是现在介绍的博耐特原料是一种新型致密的合成耐火骨料。博耐特的体积密度为3.0g/cm ,约是六铝酸钙理论密度(3.38g/cm)的90%。博耐特质浇注料在1500 时的高温抗折强度为5MPa或更高,在荷重0.2MPa下,荷重软化温度T 为1578。文献中介绍过六铝酸钙具有高抗热震性,现在从博耐特浇注料试验中得到证实。尽管博耐特质浇注料高密度2.85g/cm ,但是其1000热导率仅为1.7 W/mK。这使其更适合用于要求耐磨和隔热的环境中,如钢包和铝熔炼炉。 博耐特质耐火材料不易被润湿性,已经被Corus Ijmuiden高级实验室的抗铝液侵蚀试验证实。甚至经 1400的高温预烧之后,传统高铝质耐火材料显示孔径增加很大,抗渗透降低。然而博耐特显示出优异的 抗渗透性,为其应用于铝工业和其它有色金属工业奠定了基础。根据ASTM C288-87,甚至普通高气孔率 的博耐特质浇注料的抗CO侵蚀的级别也在A或B,这使得博耐特也适合用于石化工业。 从文献中可知六铝酸钙具有高抗碱性,而博耐特质浇注料的抗碱性目前正在进行试验。这对水泥工业 及其他工业非常重要。博耐特是一种能够改善许多工业用耐火材料的新型材料。在工业上(如铝工业)已 经开始试用。 参考文献

  3.2

  55MPa(1500 C);1000 C烧后浇注料的体积密 度在2.85 g/cm 3.19g/cm 之间,清晰地反映出浇注料中博耐特/板状刚玉的比。1500烧后博耐特浇注料仅表现出轻微的永久线变化。 纯博耐特浇注料BON 1(1000C预烧)一直到1700C的热机械性能如图3所示。在1192时,最大膨 胀为0.84%,T1为1578,T2为1630。纯博耐特质浇注料的高温抗折强度比板状刚玉浇注料要低,但是 仍有5MPa。所有博耐特浇注料抗热震性

  3.5

  250MPa(1500 C);常温抗折强度

  75MPa(1000 )和

  博耐特—一种新型耐火原料Gunter Bchel, Andreas Buhr, Dagmar Gierisch, all Almatis GmbH, Frankfurt/Ludwigshafen, Germany, Raymond Racher,Almatis Inc., Leetsdale, USA 本文介绍了以六铝酸钙(CA )为矿物相的一种新型合成致密耐火骨料——博耐特;讨论了博耐特原料以及由博耐特、板状刚玉或者二者复合制备的多种浇注料的理化性能;并结合博耐特的相关应用领域进 行了博耐特耐火材料抗铝液侵蚀、热机械性能、热导率、在CO 气氛中的稳定性和微气孔等较为前瞻性的 试验和探索。 1、前言 合成氧化铝基的板状刚玉和尖晶石AR78/AR90是制备高性能氧化铝质耐火材料的致密骨料。这些骨料 和基质细粉如煅烧活性氧化铝、铝酸钙水泥以及分散性氧化铝复合制备耐火浇注料 [1,2] 。在温度高于1300 时,在铝酸钙水泥结合的浇注料中将形成六铝酸钙矿物相(CaO+ 6Al 与氧化铝或尖晶石颗粒牢固地结合在一起。然而,在水泥结合的浇注料中, CA 而且已成功应用于不同领域 的作用从基质细粉扩大到整个浇注料,我们研制了新型合成耐火骨料博耐特。 博耐特是一种预合成耐火骨料,因而在加热过程中不会由于新相的生成而产生体积膨胀。根据文献介 绍可知CA 作为耐火原料具有以下性能:•高耐火度(初熔温度1830) •在含铁的熔渣中低溶解性 •在还原气氛中(如CO)高稳定性 •在碱性环境下化学稳定性好 •在熔融金属和熔渣中的低润湿性(黑色及有色金属) •热膨胀系数和刚玉相似 CA 的热膨胀系数(在20~1000的8.010-6 -1[7])和Al 的相似,这表明两种材料的热膨胀具有的高匹配性。这也说明氧化铝和CA 10,11]。 的上文所述的特性,使其具有多种用途,如应用于铝工业(不易被铝液润湿)、水泥工业(碱性环境下的化学稳定性),钢铁工业(高耐火度和不易溶解于含铁的熔渣中)以及石化工业(还 原气氛中的高稳定性)。 的应用是对高铝骨料(如板状刚玉和尖晶石)的补充,它的应用在不同刊物上已经被全面介绍过。 2、六铝酸钙的熔融性 六铝酸钙(CA 系相图CA 骨料很重要。它可以避免熔融过程的出现,从而可以获得相组成均匀的原料。如果把完全熔融的CA 冷却,刚玉1980时首先结晶,进一步冷却,假定在1830时达到平衡,刚玉相(占总质量的45%)将和残留的液相完全反应生成(CA )(图1中箭头2)然而,这些相平衡条件在工业熔融(如电熔氧化铝的制备)条件下不可能达到。相反,仅小部分结晶 的刚玉与液相形成CA (箭头3),CA (箭头4),而且这还取决于冷却过程中的温度梯度,甚至形成C 12 相(箭头5)。由于熔体内温度梯度的存在,将导致产生一种与“CA 因此,只能采用像生产板状刚玉和尖晶石AR78 、AR 90的超高温烧结工艺来制备致密CA 耐火骨料——博耐特。在烧结过程中,通过控制适当的加料量以及工艺条件(如温度)来获得接近于平衡的状态, 从而制备如上所述的相组成以及物理性能均匀的产品。 3、博耐特原料的性能 博耐特是由90%的六铝酸钙(CA 矿物相组成,其中有8.5%的CaO、0.9%的SiO 板状氧化铝T-60/T-64 尖晶石AR78 尖晶石 AR90 尖晶石 MR66 Al 90

  30

  30 高温抗折强度/MPa 1500 5h 19300 2.0 5.0600 1.8 4.2热导率/wm -1 -1(热线 博耐特浇注料和其它高铝浇注料的热导率[13](热线) 博耐特浇注料的热导率如图4所示。尽管博耐特浇注料具有比较高的体积密度(2.85 g/cm),但是它 的热导率比体积密度为3.0 g/cm的刚玉浇注料要低很多,甚至比体积密度为2.5 g/cm的高铝浇注料的还要 博耐特的低热导率以及高密度可以应用于要求耐磨损以及隔热的地方,如钢包永久衬和铝熔炼炉的内衬。博耐特浇注料或砖具有高的耐磨性,可以降低隔热层厚度。由于其化学和矿物性能和轻质隔热材料如 SLA-92类似,因而可以混合使用,使材料具有耐磨、隔热的特点,还可以生产出体积密度从1.0 g/cm到2.9 g/cm一系列的轻质耐火材料。 如文献中所述,CA 显示了不易溶解于含铁的熔渣中以及不被熔融黑色金属和有色金属润湿,这使博耐特如用在氧化铝熔炼炉和氧化铝流槽内衬具有高稳定性。 在还原气氛中(如CO气氛中)高稳定性以及在碱性环境下的高化学稳定性,使得博耐特同样可以很好 地被应用于化工、石化或者水泥工业。 4、博耐特耐火材料抗铝液的侵蚀 铝工业目前使用的传统耐火材料是硅酸铝或者矾土耐火骨料。经常加入抗润湿剂像BaSO 降低熔融金属或熔渣的渗透。尽管液态铝的温度低于900,但其最高冶炼温度可达1200或更高。这些是由 较高的生产率造成的,它导致使用条件更加苛刻较高的装料量以及较高的炉温。在900~1100C时,抗润湿 剂像BaSO 由于分解或与耐火材料中的氧化物反应,效果减弱[14, 15] 在1200以上时对铝液也显示出较低的可润湿性,在荷兰Ijmuiden的Corus研究中心对 质浇注料进行了比传统的坩埚法更苛刻的抗铝液侵蚀试验[16, 17] 在Corus试验中,将50mm(直径)50mm(高度)的圆柱试样放入容积为15升的SiC坩埚中进行抗含 镁5.5 的Al(7075)合金侵蚀试验。试样经110干燥、800 12h 预烧后,放入含20kg铝合金的坩埚中。坩埚用耐火材料盖盖上用火泥密封。刚玉管通过盖子中间的洞插入,氩气通过刚玉管输送到坩埚中。坩埚以4 C/min的速率加热到700, 刚玉管距离坩埚底部7cm,氩气流速设定为50L/h。炉子温度设定为900,试验保温时间设定为120h。试 验之后,炉子自然冷却到700。打开坩埚,从熔融金属中取出试样。 三种博耐特质浇注料与两种铝熔炼炉的普通浇注料作比较。普通浇注料的组成分别由矾土、硅灰以及 BaSO (BX2)。图5a~d显示抗铝侵蚀前(左)后(右)的试样。在800预烧后纯博耐特质浇注料试验后显示没有变色(BON 1);试块内部的颜色几乎像试验前一样白 (图5a)。相反,矾土/硅灰浇注料在相同条件下预处理后即使含有抗润湿剂BaSO 的情况,试样还出现了变色(BX 1)。观察两渗透区域:浅灰色外环区域和试样内部直至中心完全变成灰色区域(图5b)。 纯博耐特浇注料(BON1)(800预烧后)b矾土浇注料(BX1)(800预烧后) 矾土浇注料(BX 抗铝液侵蚀前(左)后(右)的浇注料试样经1400预烧后,纯博耐特试样(BON1)和矾土、硅灰以及BaSO 的试样(BX1)进行模拟铝熔炼炉的剧烈温度条件的抗铝液侵蚀试验。BON1试样甚至经1400预烧抗铝液侵蚀试验后也仅有轻微的变色(图 5c)。然而BX1试样显示变成黑色(图5d),而且试验中观察到黄色硫化物气体表明抗润湿剂已经发生高 温分解。 在极端条件下,博耐特浇注料比矾土、硅灰以及BaSO 浇注料抗铝液侵蚀性好,原因是和其孔径分布有关。博耐特浇注料除了不易被润湿外,还具有微孔性,导致其具有高的抗铝液侵蚀性。 在以前发表的文章中已经提及过在使用过程中浇注料的微孔性对降低铝渗透的重要性 [15, 18, 19] Exner研究表明,含微细气孔的浇注料和含抗润湿剂的浇注料具有一样的效果。气孔孔径小于1~2μm时,限制了铝液的渗透。因此浇注料的微气孔结构加上博耐特不易被润湿性,可以起到抗润湿剂的作用,尤其 是在高温应用中。 试验测定了经900和1400预烧后试验浇注料的微孔性。在900时,所有浇注料的平均孔径较低: BON1=0.3μm,BX1=0.6μm以及BX2=1.2μm;但是在1400时,含抗润湿剂的矾土质浇注料显示的平均孔 径显著增加达到4.4μm(BX1),16.0μm(BX2),然而博耐特质浇注料仍然低于1μm(见图6)。这表明, 甚至在温度高达1400时,博耐特质浇注料具有稳定、微小的孔径,即使在苛刻的应用条件下,它都起着 一个安全缓冲器的作用。 矾土浇注料的孔径增加有两个主要原因:一个抗润湿剂的高温分解;一个含液相的烧结反应,尤其是 含硅灰的矾土浇注料BX1。BX2在细粉中用活性氧化铝代替硅灰,提高了浇注料基质的耐火度,因此,在 1400预烧过程中,生成的液相较少,孔径增长被阻碍。 (BX2)(14005h 烧后)的孔径分布博耐特在铝工业应用的另一个优势是和矾土质材料相比化学纯度高。如文章[21]论述的那样,炼铝工 业对合金(如铝箔和许多不同的含镁合金的)纯度的要求不断增加,这要求和熔融铝或铝合金接触的耐火 材料具有高稳定性。耐火材料中的杂质如SiO 能被铝或铝合金还原成金属,导致合金被污染,在耐火衬表面产生刚玉沉积层,这是含铝耐火材料面临的一个主要问题。由于博耐特和高纯活性氧化铝复 合制备的耐火衬杂质少,因而能够抵抗熔融铝或合金的还原,具有更高的稳定性。 5、博耐特在CO气氛中的稳定性 由于在石化工业炉中存在含有催化剂的高速气流,因而其对耐火氧化物的主要要求就是稳定、不易被 还原,抗CO的侵蚀以及耐磨。有些氧化物像SiO 具有较低的稳定性,在气化过程中被还原成SiO气体,随后冷凝在换热器上(“污垢”)同时降低这种骨料的作用。由于SiO 分解,耐火衬的强度降低,气孔率增加。氢气的侵蚀已经被Tassot等人讨论过 [22] 根据Boudouard平衡方程2CO C,CO在500左右的温度范围内能够分解,产生的碳在耐火衬结构内部堵塞,使耐火材料从内部破坏。耐火材料中的铁及其氧化物杂质是这一反应的催化剂。这一现象 包括由于碳沉积造成堵塞的压力校准,决定反应的温度、气体组成以及压力已经被Bartha和Khne [23] 以及 Tassot等人详细讨论过 [22] 已经在德国耐火材料DIFK机构根据ASTM C288-87标准对博耐特 浇注料进行了抗CO侵蚀试验。所使 用的浇注料的组成为80% 博耐特、20% CA-14 M水泥以及12%水。该浇注料烧后的显气孔率(31%)比高 级低水泥浇注料(BON 1)的要高。试样在氧化条件下分别经5405h和10955h热处理。然后在500 下CO气氛中(CO

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本站文章于2019-11-17 14:09,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:博耐特—一种新型耐火原料