模拟氢基竖炉工况条件下铝硅质耐火材料的结构与性能演变

作     者：颉付博 李亚伟 廖宁 史成龙 蔡国庆 秦建涛 XIE Fubo;LI Yawei;LIAO Ning;SHI Chenglong;CAI Guoqing;QIN Jiantao

作者机构：武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心武汉430081 山东耐材集团鲁耐窑业有限公司淄博255200 

出 版 物：《硅酸盐通报》 (Bulletin of the Chinese Ceramic Society)

年 卷 期：2024年第43卷第3期

页      面：1133-1142页

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：湖北省重点研发计划(2023BCB100) 青海省自然科学基金面上项目(2022-ZJ-928) 

主　　题：氢基竖炉 H_(2)/CO气氛 铝硅质耐火材料 Fe_(2)O_(3) 磷酸盐 CO气氛 

摘      要：基于H_(2)/CO混合气强还原服役环境,本工作模拟常压氢基竖炉服役工况,研究典型的铝硅质耐火材料经还原处理后性能变化规律及失稳机制。结果表明,在V(H_(2))∶V(CO)=5∶2的条件下,热处理温度由450℃升高至950℃,混合气体对铝硅质耐火材料的还原能力逐渐增强。现有条件下,铝硅质耐火材料失稳的两个关键因素在于Fe_(2)O_(3)含量以及磷酸盐结合剂:1)当铝硅质耐火材料中Fe_(2)O_(3)含量较高时,在H_(2)/CO气氛下,Fe_(2)O_(3)极易被还原为单质铁。同时,这种情况会导致铝硅质耐火材料发生一定程度的体积变化和显著的力学性能下降。2)磷酸盐结合铝硅质耐火材料也面临磷酸盐挥发,导致显气孔率提高,结构稳定性降低。然而,研究还发现磷酸盐结合刚玉-莫来石砖中Fe_(2)O_(3)含量较低且伴生一定含量的TiO_(2)时,材料具有较好的抗H_(2)/CO气还原能力。通过比较铝硅质耐火材料在CO气氛和H_(2)/CO气氛下力学性能,发现V(H_(2))∶V(CO)=5∶2气氛下在850℃热处理3 h比CO气氛下500℃热处理100 h具有更强的还原能力。