添加电熔氧化镁-氧化锆熟料对镁锆质不烧砖性能的影响(外文翻译)

添加电熔氧化镁-氧化锆熟料对镁锆质不烧砖性能的影响(外文翻译) 11/9/2013 添加电熔氧化镁-氧化锆熟料对镁锆质不烧砖性能的影响 李冀伟、 周宁胜 ，白宏宇 摘要 制备了氧化锆含量在2%~8%之间的镁锆质不烧砖，使用电熔氧化镁(氧化镁: 97%) 和电熔镁-氧化锆熟料 (氧化锆: 14. 33%) 作为起始材料和酚醛树脂粘结剂。氧化锆含量对抗热震性(TSR) 的影响和其他属性如冷态、热态断裂强度进行研究。抗热震性采用1000?加热和吹空气淬火后试样的剩余冷态断裂模数来表征。添加氧化镁-氧化锆熟料提高了抗热震性(TSR)，归因于增韧效果的热膨胀系数不同阶段之间的不匹配。当氧化锆含量高于 4%，改进效果往往是适当的。引入氧化镁-氧化锆熟料也可以提高在1500?高温抗折强度，在1 600 ?加热增加氧化锆含量减少了砖的抗折强度，由于热膨胀不匹配效果。降低材料的总体性能对于这种氧化镁质不烧砖的最优的氧化锆含量建议为 4%。 关键词: 砖坯氧化镁-氧化锆系统，砖、 热冲击电阻、 氧化镁-氧化锆熟料 1.简介 众所周知，由于具有很高的耐火度和良好的耐蚀性碱性炉渣侵蚀，氧化镁是一种重要的碱性耐火材料。然而，其高热膨胀系数、高表面能和弱晶体粒间粘合导致热冲击、渣渗透很差。因此，有必要在镁质耐火材料中引入其它的组分或相以弥补上面所提到的不足。 含碳耐火材料，如氧化镁-碳，氧化铝-碳， 氧化铝-氧化镁-碳等，已被广泛应用在炼钢过程中，多亏了鳞片石墨，尤其是在提高抗热震性和抗熔渣的效益。然而，问题之一是引进的随温度升高碳元素氧化，会造成其性质降低。碳的附着，这可能在精炼过程中污染钢水，所以在高纯度质量练钢的方法中是不 第 1 页 11/9/2013 能接受的。用无碳质材料取代含碳材料是非常有意义的，尤其是用镁碳材料的清洁炼钢。 氧化镁-氧化锆耐火材料，作为耐火砖或浇注料，近年来吸引了研发兴趣，因为他们都有可能成为有希望的替代品。在近年来，镁锆耐火材料作为耐火砖或浇注料，已引起了研发兴趣，因为它们是潜在的有希望能替代一些含有碳锆的基本耐火材料。 2 实验过程 2.1原材料 在这项研究中，所用的原料为高纯电熔镁砂和电熔镁锆熟料，采用树脂作为结 合剂，其化学成分在下表中给出。 表 1 化学成分的电熔氧化镁和电熔的镁-氧化锆熟料 组成/w t% MgO ZrO2 CaO SiO2 Fe2O3 电熔氧化镁 97. 05 — 1. 27 1. 06 0. 48 氧化镁-氧化锆熟料84. 10 14. 33 1. 45 — — 2.2 试样的制备 添加不同镁锆熟料的镁锆砖用400吨摩擦压力机将其压制成尺寸为220mm×180mm×100mm的砖坯。试样配比如表 2 所示。氧化锆添加量分别为为0,t % 2 w,4 w t %,6 w t %和8 w t %，标记为MZ 0,MZ 2、MZ 4、6、8。 表 2 试样配比 起始原料 MZ0 MZ2 MZ4 MZ6 MZ8 第 2 页 11/9/2013 电熔氧化镁?5 mm 70 70 70 58 44 ?0. 074 mm 30 16 2 0 0 电熔的镁-氧化锆?3 mm 0 0 0 12 26 熟料?0. 074 mm 0 14 28 30 30 成型后的坯体在200?热处理16 h后,然后用切割机切割成所需尺寸。有些试样(160mm×40mm×40mm)被加热到1600?后保温3小时，用于测试其热态断裂模数和抗热震性能。 2(3测试方法 按照相关标准，对试样进行了物理和冷态强度特性的测试。用于测试残余冷 ×40mm×40mm，试样在1600?煅烧3小时，态断裂模数比的试样尺寸为160mm 再以高压冷空气吹使其迅速降温到1000?为一循环。 由 x 射线决定相组成衍射 (XRD)。微观组织的观察和 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 进行的扫描电子显微镜 (SEM)。 3 结果和讨论 3.1 物理性能 图1显示了试样的体积密度和气孔率。从这可以看出, 为了能得到更高密度的镁锆熟料以及电熔镁砂,氧化锆含量从0增加到8wt ,时体积密度略有不同, 气孔率也往往略有增加。 第 3 页 11/9/2013 图 1 影响的氧化锆容积对物理性能的氧化镁-氧化锆砖坯砖 3.2 常温耐压强度 常温耐压强度与氧化锆含量的关系如图2所示。可以看出，镁锆不烧耐火砖的常温强度特性是相当高的，尤其是在添加了熔融镁锆熟料后有显著增加。 图 2冷破碎强度对氧化锆的影响 和不烧的氧化镁-氧化锆抗折强度 3.3 热断裂模数 试样的热态断裂模数在1600?测试预热3小时后的情况由图3所示，热态断裂模数在1500?加热1小时后有显著增加，增加镁锆熟料可以明显改善其热 第 4 页 11/9/2013 态断裂模数。这可以归因于增加了方镁石晶粒间的结合，由图4的扫描电镜分析可见，氧化锆集中于方镁石晶界处。镁锆氧化物形成部分固溶体利于固态烧结，这也是热态断裂模数增加的原因。 图 3 在1 500 ? 高温抗折强度对氧化锆含量的影响 (a) 方镁石粒被氧化锆包围 ( b)氧化镁-氧化锆共晶结构 图 4 电熔氧化镁-氧化锆熟料的微观结构 3.4 抗热震性 在模拟现实条件的炼钢过程中，在1600?先预热3小时，再做所有试样的 第 5 页 11/9/2013 热震性试验。氧化锆含量对抗热震稳定性的影响是通过残余冷态断裂模数和净冷态断裂模数的比率来表示的，由图5所示。 采用增加氧化锆的方法，已明显改善了镁锆熟料砖的抗热震稳定性，这体现在图5(a)。剩余的冷态断裂模数比例呈现出明显的上升趋势。增加氧化锆的含量，当氧化锆的含量高于4,以上，上升趋势将减缓。 (a) 剩余抗折强度(CMOR)比率 (b) 抗折强度( CMOR )前后的热冲击 图5氧化锆含量对砖的抗热震性的影响 采用x射线衍射物相分析进行了MZ4前后试样的热震,显示在图6通过对试样MZ4进行抗热震稳定性测试前后X射线衍射相分析在图6所示。注意观察基质，根据镁聚集试验，可以在试样制备时整理出X射线衍射的图形。结果表明， 氧化锆，并没有在转化阶段以外进行其他氧化锆的存在总是立方相存在:立方- 的碳氧化锆检测。因此人们认为，氧化锆的相转变并没有增韧效果。氧化锆提高镁锆质耐火砖的抗热震稳定性最显著的是通过不同相之间的热膨胀系数不一致导致的微裂纹而实现的。 Mr huger等人研究了由于不同相之间的热膨胀系数不一致所致的热机械性能与显微结构的关系。而且他们还制定了一个模型来描述这种关系，如图7所示。应变及微观结构在这个界面上演变，主要取决于总额之间的热膨胀系数不匹配和基质的材料。然而，这个模型是一个简单的基于颗粒聚集和均匀基质的理想系统。在耐火材料的实际应用中，热膨胀系数的不匹配对不均匀性的影响必定是非常复杂的。 第 6 页 11/9/2013 图 6 X射线粉末衍射模式的 MZ4 试样 (a) 前热冲击和 (b) 后热冲击 图 7 应力与热膨胀系数(CTE)粒子与矩阵 [12] 之间的不匹配引起的显微结构变化 调查试样说明在改善立方-氧化锆在镁质基质中的组成和配比时，其热冲击实验必须被关注。电熔镁砂聚集的部分在五个重要的试样中，分别是MZ6和MZ8的镁锆熟料(电熔镁砂在MZ0和结合电熔镁砂和镁锆熟料粉末MZ2和MZ4总镁锆熟料粉末MZ6和MZ8的基质不同)。在1600?预热，冷却后，不同阶段之间的热膨胀失配以及增强氧化铬和增加镁锆熟料含量从0到8 ,，从而会导致更多的微裂纹，这将影响试样的性质。(注意格式～) 该立方-氧化锆和氧化镁是:(9 - 11)×10 – 6-1和(14 - 15)×10 - 6 - 1，分别作为热膨胀系数的差异性汇总试样，， Δα指出如下Δα =αm -αp? αMgO - ZrO2 -αMgO < 0 (1)。所示如图7，收缩基质(主要是镁锆熟料粉)是用低于融合温度的方法在冷却。在其整个表面强力的径向和切向的张力压缩 第 7 页 11/9/2013 的情况下，镁颗粒在其接口处氧化。强力的拉伸应力可能会导致部分或全部氧化镁颗粒的一轮剥离，我们看到图8 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 了这点。剥离的负面效应影响了镁颗粒的冷强度，这就可以解释冷态断裂模数在1600?×3小时的热度下降后冷强度的增加， 氧化锆的含量如图所示图5 (b)。 图8基质的剥离 正如镁锆熟料的基质增加导致的不匹配。然而，在上述不匹配的基质中可能存在不同于某种总额之间的基质。图9中体现出来了基质的分散。在镁锆颗粒的热膨胀系数的差异之间的“粒子”(碳氧化铬)和“基质”(镁)， Δα可以指出如下。Δα =αm -αp? αMgO -αZrO2 > 0 图9氧化锆在基质中的分布 正如图7所示，收缩基质高于立方-氧化锆颗粒。其内部面对周围一轮的立方-氧化锆，因此，强调径向和切向的压缩，这可能导致微裂纹被立方-氧化锆左右。这些微裂纹，如观察空白部分的总和，吸收能量和减慢或阻断传播的主 第 8 页 11/9/2013 要裂缝，也可有利于释放热应力。由于氧化锆含量的增加，热膨胀系数的影响， 双方之间不匹配的总和于基质中变得更强，这就可以解释剩余强度比显著上升 的原因，如图5(a)所示。然而在试样MZ6和MZ8中，基质中氧化锆的含量达 到最大时即氧化锆砖含量超过4,以上时，就会使在剩余强度曲线的降低 4 结论 (1)添加了熔融氧化镁和镁锆熟料的耐火砖显著提高了其抗热震性，这 是由于颗粒和机质中的热膨胀系数不一致导致的微裂纹增韧造成的。 (2)通过加入熔融氧化镁-氧化锆的方法引入氧化锆加，可以使镁锆熟料在 1500?时的高温断裂模数性能显著提高。而氧化锆含量的增加可以导致砖在 1600?时由于热膨胀不匹配造成的常温断裂模数的效果。 (3)从整体性能的综合来考虑，建议最佳氧化锆的加入量是4,，也就相当 于增加了将近30,的熔融镁锆熟料。 参考文献: [1] Tu J B, Zhang W J, Wang H Z, et al. 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