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危废焚烧炉用耐火材料无铬化的研究与开发

危废焚烧炉用耐火材料无铬化的研究与开发

作者：李佳东辽宁科技大学

学位级别：硕士

危险废物因其具有毒性、易燃易爆性、腐蚀性、感染性等危险特性,而且种类复杂、处理难度大、危害大,因此必须严加管控。危废回转窑焚烧技术是一种适应能力强,可焚烧固体、液体等多种类危险废物的危废焚烧技术。为保证回转窑焚烧炉的安... 详细信息

危险废物因其具有毒性、易燃易爆性、腐蚀性、感染性等危险特性,而且种类复杂、处理难度大、危害大,因此必须严加管控。危废回转窑焚烧技术是一种适应能力强,可焚烧固体、液体等多种类危险废物的危废焚烧技术。为保证回转窑焚烧炉的安全、稳定和高效运行,耐火材料的长寿有着至关重要的作用。经大量的研究,铝硅系和铝铬系材料因其优越的性能被人们采用,目前已被广泛应用于回转窑焚烧炉的内衬材料。然而,在含铬耐火材料应用在回转窑焚烧炉进行抗渣侵蚀过程中,氧化铬在高温条件下转化成六价铬而污染环境,而铝硅系材料和碱金属氧化物反应发生碱裂,抗侵蚀性能并不好。因此,回转窑焚烧炉内衬材料的无铬化已经势在必行。本课题主要研究危险废物焚烧炉用铝硅质和铝铬质残砖的损毁分析,以及铝硅系和铝铬系耐火材料的抗碱侵蚀机理分析,开发出无铬化环境友好且抗侵蚀能力强的微孔刚玉碳化硅质材料并进行抗侵蚀机理分析。研究结果表明:(1)具体分析了焚烧炉用铝硅质和铝铬质残砖的损毁机理,大量Na、K盐渗透到耐火砖中形成渗透层,低熔点盐分解,渗透引起反应。危废成分复杂,碱侵蚀是材料损毁的主要原因。(2)不同盐对铝硅系和铝铬系材料的侵蚀机理不同,NaSO和NaCO分解,侵蚀材料生成长石及β-刚玉。Na F和Na Cl本身都不分解,与材料反应生成挥发态氟化物或氯化物,破坏材料的骨架结构。KCO同样分解后与材料反应生成高温液相,造成体积膨胀,导致材料开裂。(3)铝铬系材料抗侵蚀能力要优于铝硅系材料,但铝铬系材料并不是对所有碱的抗侵蚀能力都好,且同时有六价铬的产生,污染环境。(4)刚玉碳化硅材料中单质硅粉的添加量越多,材料由于莫来石化而膨胀越大,同时引入单质硅粉和金属铝粉时材料的体积膨胀减弱。在材料中引入适量单质硅粉能够降低材料的平均孔径。综合分析,当单质硅粉添加量为4%的理化性能最为优良。(5)对单质硅粉添加量为4%的微孔刚玉碳化硅材料进行抗碱侵蚀实验,发现刚玉碳化硅材料的内部结合十分致密,Na盐在材料内部的渗透弱。且熔渣在渗透的过程中,会遇到越来越多的Si C阻挡,提高了抗侵蚀性。因此,刚玉碳化硅质材料的抗钠盐侵蚀能力更强。

关键词：危险废物回转窑耐火材料抗侵蚀性无铬化

土中与溶液中硫酸盐侵蚀试验对混凝土破坏的对比

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混凝土 2023年第1期 28-30,34页

作者：张坤张戎令兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室甘肃兰州730070

为了研究埋置在土中与浸泡在溶液中两种侵蚀环境下硫酸盐对混凝土试件侵蚀破坏程度的差别,通过设置3种水胶比,侵蚀环境为土壤埋置和溶液浸泡的6组对照试验,分析混凝土试件在不同环境下的破坏情况,得到了埋置土中与浸泡溶液中对混凝土试... 详细信息

为了研究埋置在土中与浸泡在溶液中两种侵蚀环境下硫酸盐对混凝土试件侵蚀破坏程度的差别,通过设置3种水胶比,侵蚀环境为土壤埋置和溶液浸泡的6组对照试验,分析混凝土试件在不同环境下的破坏情况,得到了埋置土中与浸泡溶液中对混凝土试件侵蚀破坏的差异。结果表明:在侵蚀龄期达到300 d时,浸泡在硫酸钠溶液中的试件质量损失量是埋置于土中试件的2倍,而埋置于土中试件的抗压强度减少量是浸泡于溶液中试件的2.5倍,埋置于土中的试件在遭受硫酸盐侵蚀破坏时,不仅仅只是受单一的硫酸盐侵蚀破坏,还包括干湿循环等破坏,其破坏程度要远远大于硫酸盐溶液浸泡下的侵蚀破坏程度。这对于研究硫酸盐溶液侵蚀试验得出的破坏规律和实际处于硫酸盐侵蚀环境下建筑物的侵蚀破坏规律的相关性具有重要的参考意义,更有效的将试验结果应用于实际工程。

关键词：硫酸盐侵蚀抗压强度混凝土抗侵蚀性

锂电池正极材料承烧用堇青石-莫来石复合匣钵材料的制备及其抗侵蚀性能研究

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锂电池正极材料承烧用堇青石-莫来石复合匣钵材料的制备及其抗侵...

作者：万治清北方民族大学

学位级别：硕士

三元正极材料对匣钵具有侵蚀性,从而影响了匣钵的使用寿命。为了提高匣钵的使用性能,保障承烧正极材料的质量,本文制备了堇青石-莫来石复合匣钵,研究了复合匣钵的性能及其抗三元正极材料Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2(LNCM)的侵蚀机理,并将实验... 详细信息

三元正极材料对匣钵具有侵蚀性,从而影响了匣钵的使用寿命。为了提高匣钵的使用性能,保障承烧正极材料的质量,本文制备了堇青石-莫来石复合匣钵,研究了复合匣钵的性能及其抗三元正极材料Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2(LNCM)的侵蚀机理,并将实验室的制备方法应用到匣钵生产企业,为企业的实际生产提供了参考依据。以质量分数为40%的1mm的堇青石、22.5%的0mm的堇青石、7.5%的0mm的莫来石、25%的基质莫来石和5%的黄糊精为基础配方,在成型压力为150 MPa、烧成温度为1420℃、保温时长为3h的条件下,制备出密度为1.83g/cm3,气孔率为28%的匣钵。为了进一步提高匣钵的性能,在基础实验配方中分别添加基质高岭土和α-Al2O3,研究基质种类和比例的变化对匣钵性能的影响。结果表明,以质量分数为40%的1mm的堇青石、22.5%的0mm的堇青石、7.5%的0 mm的莫来石、25%的基质α-Al2O3和5%的黄糊精为最优配方制备的匣钵性能最优,其密度为1.9 g/cm3,气孔率为33%,抗弯强度为11.6MPa,强度保持率为76%。模拟正极材料的承烧环境,进行复合匣钵的抗侵蚀实验。侵蚀25次后,匣钵的反应层深度为100μm,渗透层深度为700μm,裂缝最宽处200μm。研究表明,渗透性极强的Li2O与莫来石、堇青石反应生成了热膨胀系数比较大的Li Al O2、Li Al Si O4等物质,体积效应和热膨胀效应导致匣钵破坏。以实验室制备匣钵的配方和工艺为基础,按照实际生产的配方,设计了5因素4水平的正交实验,以抗弯强度为指标,确定了复合匣钵制备的最优工艺。生产出的匣钵用于合成LNCM,安全使用寿命达到30次,循环使用率提升了20%。

关键词：堇青石-莫来石复合匣钵 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 抗热震性抗侵蚀性正交实验

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竹材地聚物复合材料制备及性能研究

竹材地聚物复合材料制备及性能研究

作者：张佳宇中南林业科技大学

学位级别：硕士

地聚物（Geopolymer,简写为GP）是近些年来国内外研究比较热烈的一种新型无机胶凝材料,具有成本低、固化温度低、热稳定性好、耐化学性优良等优点,被视为普通硅酸盐水泥的替代品。然而,尽管具有这些理想的特性,地聚物也像普通硅酸盐水... 详细信息

地聚物（Geopolymer,简写为GP）是近些年来国内外研究比较热烈的一种新型无机胶凝材料,具有成本低、固化温度低、热稳定性好、耐化学性优良等优点,被视为普通硅酸盐水泥的替代品。然而,尽管具有这些理想的特性,地聚物也像普通硅酸盐水泥一样具有脆性大、抗拉强度低、易开裂的缺陷,这些缺陷不仅约束结构设计,而且影响结构的长期耐久性,从而限制了其大范围推广和应用。通过大量实验研究证明,在地聚物基体中添加竹材可有效克服地聚物该性能缺陷。本实验利用偏高岭土、水玻璃、氢氧化钠等主要原料合成地聚物。为设计偏高岭土基地聚物最佳原料配合比和探讨GP早期力学性能的影响因素,分析 n（SiO2）/n（Al2O3）、n（Na2O）/n（Al2O3）、n（H2O）/n（Na2O）、养护温度-湿度对3d抗压强度和抗弯强度的影响。同时,借助红外光谱、扫描电镜和X射线衍射仪等分析了 GP的化学结构、微观形貌和晶相组成。结果表明,配合比参数对早期强度有重要影响,当n（SiO2）/n（A12O3）=3.2,n（Na2O）/n（Al2O3）=0.7,n（H2O）/n（Na2O）=13,脱模后放置温度为20±2℃,相对湿度为85±5%RH的养护条件下养护3d后,所得GP的抗压和抗弯强度最高,分别为46.19 MPa和8.73 MPa。在最佳原料配合比下加入竹刨花（BS）,BS含量分别为BSO、BS0.5、BS1.5、BS1和BS2,合成竹材增强地聚物复合材料。研究其力学性能等。随着BS含量的增加,抗压抗弯性能逐渐降低,BS最佳含量为1.0wt%。其28d抗压性能为52.5 MPa,抗弯性能为9.3 MPa,相比于GP分别提高了 7.76%、7.04%。对地聚物进行高温灼烧实验。制备了不同BS含量的地聚物复合材料,分别为BSO、BS1和BS2,并将其放置于200、400、600和 800℃的温度下灼烧。在经过800℃高温灼烧之后,BSO、BS1和BS2的地聚物复合材料的抗压强度分别为7.36 MPa、15.39 MPa和15.92 MPa,残余强度率分别为14.64%、28.34%和29.56%。同样在800℃高温灼烧后,BS0、BS1和BS2的地聚物复合材料抗弯强度分别为0.23 MPa、0.20 MPa和0.25 MPa,残余强度率分别为2.47%、1.84%和2.33%。对地聚物复合材料的物理性能、微观结构、力学性能进行分析。随着温度的升高,地聚物复合材料的干燥收缩率和孔隙率增大,抗压和抗弯强度降低。通过扫描电子显微镜、光学显微镜及X射线衍射等手段寻找变化的微观原因。地聚物复合材料的强度损失主要是由于BS的热降解和地聚物基体的收缩。对地聚物及硅酸盐水泥进行抗侵蚀实验。制备不同BS含量的样品,分别是GP、BSRGP1和C、BSRC1。将其浸泡在含量为5%Na2SO4、10%Na2SO4、15%Na2SO4 和 5%Na2SO4/5%MgSO4、5%Na2SO4/5%NaCl、5%MgSO4/5%NaCl溶液中侵蚀30d、60d和90d。作为对照,将同样规格的硅酸盐水泥样品浸泡相同的时间,同时进行侵蚀实验。根据结果,浸泡90d后的GP,其抗压抗弯强度分别为46.35 MPa、9.78 MPa,BSRGP1抗弯抗压强度分别为33.04 MPa、7.38 MPa。C的抗压抗弯强度分别为32.12 MPa、3.9 MPa,BSRC1 的抗压抗弯强度分别为 29.6 MPa、4.3 MPa。可以明显看出经过90d硫酸盐溶液浸泡后,C的力学性能弱于GP,且C和BSRC1的抗弯强度明显远远弱于GP和BSRGP1。随着浸泡时间的增加,性能也开始降低,考虑到GP的力学性能要强于BSRGP1,可能是由于竹刨花的加入使得样品表面的孔隙增大,样品的致密性遭到破坏,硫酸盐逐渐侵蚀进入地聚物基体中,使得BS分解或者腐烂,从而基体内部出现较多空隙,力学性能有所下降,但仍明显优于硅酸盐水泥,在此前推测的基础上对GP、BSRGP1和C、BSRC1进行质量变化测定、力学性能检测、微观结构分析及表征,进一步分析其经过硫酸盐侵蚀后地聚物性能降低的原因所在,为后续竹材地聚物墙体材料的实际应用提供指导。

关键词：地聚物竹材复合材料力学性能抗侵蚀性耐高温性

不同粒度锌铝尖晶石加入量对方镁石-锌铝尖晶石性能的影响

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耐火材料 2023年第2期57卷 149-152页

作者：谢永涣田琳毛硕马淑龙吴师岗李国华辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 北京金隅通达耐火技术有限公司北京100041 山东理工大学材料科学与工程学院山东淄博255049

以高纯镁砂(5~0.074、≤0.074 mm)为主要原料,分别以烧结法合成的锌铝尖晶石颗粒(5~0.074 mm)和细粉(≤0.074 mm)取代相应粒度的高纯镁砂,制备了方镁石-锌铝尖晶石试样,分别研究了锌铝尖晶石颗粒(加入质量分数分别为10%、15%和20%)和细... 详细信息

以高纯镁砂(5~0.074、≤0.074 mm)为主要原料,分别以烧结法合成的锌铝尖晶石颗粒(5~0.074 mm)和细粉(≤0.074 mm)取代相应粒度的高纯镁砂,制备了方镁石-锌铝尖晶石试样,分别研究了锌铝尖晶石颗粒(加入质量分数分别为10%、15%和20%)和细粉(加入质量分数分别为5%、10%和15%)的引入量对试样性能的影响,并与市售的铁铝尖晶石砖的性能作对比。结果表明:1)随锌铝尖晶石颗粒引入量的增加,试样的显气孔率增大,体积密度和常温耐压强度降低,抗热震性能稍有提高;2)随锌铝尖晶石细粉引入量的增加,试样的常温物理性能和抗热震性能均有提高;3)当锌铝尖晶石以10%(w)颗粒料或5%~10%(w)细粉料引入时,其抗侵蚀性能均优于目前水泥窑使用铁铝尖晶石砖的。综合来看,锌铝尖晶石以5%(w)细粉形式引入的试样性能最好。

关键词：锌铝尖晶石高纯镁砂方镁石-锌铝尖晶石砖铁铝尖晶石砖抗侵蚀性

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铝酸镧的合成及应用研究

铝酸镧的合成及应用研究

作者：毛硕辽宁科技大学

学位级别：硕士

镁铝质耐火材料被应用于水泥回转窑的烧成带和过渡带。但其在烧成带使用时,往往出现挂窑皮性能差、抗侵蚀性能下降的缺陷,这限制了其在烧成带的广泛使用。而铝酸镧具有熔点高、化学稳定性好、热膨胀系数小的特点,在高温下结构稳定,很难... 详细信息

镁铝质耐火材料被应用于水泥回转窑的烧成带和过渡带。但其在烧成带使用时,往往出现挂窑皮性能差、抗侵蚀性能下降的缺陷,这限制了其在烧成带的广泛使用。而铝酸镧具有熔点高、化学稳定性好、热膨胀系数小的特点,在高温下结构稳定,很难被熔渣侵蚀。因此为改善镁铝质耐材的性能,可用铝酸镧代替镁铝尖晶石开发新型镁质耐火材料。因此本论文主要研究含铝原料、热处理温度、镧铝配比等对铝酸镧合成的影响,重点探究氧化镧和镁铝尖晶石合成铝酸镧的反应机理,将预合成的铝酸镧引入到镁质耐火材料中,研究其对镁质耐火材料性能的影响。利用扫描电镜、X射线衍射等手段对合成的铝酸镧和镁质耐材的性能进行表征,得出以下结论:(1)采用氧化铝、氢氧化铝、镁铝尖晶石为原料,在镧铝等摩尔比情况下,升高热处理温度,均能促进铝酸镧晶体合成。采用镁铝尖晶石为铝源合成的铝酸镧晶体形成了铝酸镧和氧化镁的直接结合结构,相比采用氧化铝、氢氧化铝为铝源合成的样品具有晶粒粒径大、致密度高的特点;(2)采用镁铝尖晶石为原料时,随镧铝摩尔比的降低,铝酸镧的合成率逐渐下降,镧铝摩尔比抗侵蚀性能,上述性能均优于目前使用的铁铝尖晶石砖,说明铝酸镧可在镁质材料中使用。

关键词：镁质耐火材料铝酸镧镁铝尖晶石合成机理抗侵蚀性

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镁砂还原氮化气氛下的改性研究

镁砂还原氮化气氛下的改性研究

作者：佘以明辽宁科技大学

学位级别：硕士

在本工作中,为了提升低品位镁砂的实际使用性能,探索了四种镁砂对制品性能的影响因素,并采用还原氮化法,以单质粉(Al、Si)为添加剂,在1500℃、N气氛下进行了低品位镁砂的物相改性研究;同时,选取了三种物相优化效果较好的镁砂,与97.5大... 详细信息

在本工作中,为了提升低品位镁砂的实际使用性能,探索了四种镁砂对制品性能的影响因素,并采用还原氮化法,以单质粉(Al、Si)为添加剂,在1500℃、N气氛下进行了低品位镁砂的物相改性研究;同时,选取了三种物相优化效果较好的镁砂,与97.5大结晶镁砂、97电熔镁砂制备了Mg O-C砖试样,表征了试样的抗侵蚀性能。得到的结论如下:(1)方镁石晶粒尺寸、高温液相含量、高熔点相是影响Mg O-C砖试样性能的三大因素。方镁石晶粒越大,Mg O-C砖试样各种使用性能越好。高温液相含量是降低Mg O-C砖试样高温使用性能的主要因素之一。镁砂体系内高熔点相对熔渣有明显的阻碍作用,但体系内生成高熔点相的镁砂骨料制品体积密度较低,降低了制品的常温性能。含高熔点相的镁砂更适合以基质加入到制品中。(2)金属Al粉能和95电熔镁砂体系内低熔点相CMS、CMS中的Si O反应反应,使电熔镁砂体系内的低熔点杂质相CMS、CMS大部分转化为了抗侵蚀性优良的Mg Al ON相,且生成的Mg Al ON具有一定的强度。单质Si粉能和95电熔镁砂体系内低熔点相CMS、CMS中的Si O反应进而与N反应生成SiNO,同时Si的加入能促进2Mg O·Si O的生成,达到物相优化的目的。与经过改性的95电熔镁砂相似,添加金属Al粉和单质Si粉的中档烧结镁砂试样体系内也分别生成了Mg Al ON相和2Mg O·Si O相,但Mg Al ON相的晶相发育程度不如95电熔镁砂体系内的Mg Al ON相。添加金属Al粉和单质Si粉的高硅轻烧粉试样体系内分别生成了Mg AlO相和2Mg O·Si O相。(3)以Al粉为添加剂,1500℃、N气氛下改性的镁砂作为基质和97电熔镁砂为基质制备的Mg O-C砖试样中,改性的95电熔镁砂试样表现出了最优异的抗碱性熔渣侵蚀性能,其次是97电熔镁砂试样、改性高硅烧结镁砂试样、改性中档烧结镁砂试样。Mg Al ON晶相发育程度是影响试样抗碱性熔渣侵蚀性能的主要因素。Mg AlO相也能提升试样的抗侵蚀性能。

关键词：还原氮化法 MgAlON Si2N2O 抗侵蚀性

基于ABAQUS软件的耐火材料滑板的热机械侵蚀行为研究

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基于ABAQUS软件的耐火材料滑板的热机械侵蚀行为研究

作者：唐敏昆明理工大学

学位级别：硕士

随着连铸技术的发展,人们越来越重视耐火材料的热机械性能。耐火材料滑板作为铸钢过程中精确控制钢水流量的重要部件,提高其性能和使用寿命至关重要。滑板是一个多组分体系,在铸钢过程中其温度会急剧变化(约1600℃),滑板受热后由于内部... 详细信息

随着连铸技术的发展,人们越来越重视耐火材料的热机械性能。耐火材料滑板作为铸钢过程中精确控制钢水流量的重要部件,提高其性能和使用寿命至关重要。滑板是一个多组分体系,在铸钢过程中其温度会急剧变化(约1600℃),滑板受热后由于内部各组分的热膨胀系数不匹配,从而引起局部区域热应力集中而形成微裂纹,造成热机械侵蚀。此外,由于滑板在使用过程中会接触高温钢水和熔渣,滑板与钢液间会发生一系列化学反应,造成滑板的热化学侵蚀。机械和化学侵蚀导致滑板最终的损毁失效。在本文中,研究多组分耐火材料滑板在铸钢过程中微观组织演变及其热机械侵蚀行为,对提升耐火材料性能具有重要的意义。本研究以铝碳质(AlO-C)复合耐火材料滑板为研究对象,采用静态坩埚法测试不同组分耐火材料的抗侵蚀性,采用高温动态杨氏模量试验方法、热膨胀试验等方法获得不同成分的材料属性参数,建立多种材质组成的复合材料本构模型及相关的接触模型、磨损模型等,采用有限元法研究该复合材料在铸钢过程中的温度场、应力场、应变场,揭示铸钢过程中耐火材料滑板的热应力变化行为和传热规律;探究耐火材料内部的热机械侵蚀机理;最后采用正交优化设计法优化出最佳的复合结构尺寸。研究结果表明:(1)试样的组织越致密,显气孔率越小,试样的抗侵蚀性能越好。以板状刚玉为主原料的试样抗侵蚀性比以铝矾土为主原料的试样好。硅粉的加入有助于提高耐火材料的抗侵蚀性,当试样中的铝硅比减小时,试样的抗侵蚀性能越好。在本研究中,试样的铝硅比为3:5时,试样的抗侵蚀性能最好。(2)滑板的侵蚀过程为:在高温使用条件下,滑板中的C被熔渣中的[O]氧化后形成间隙或孔洞,熔渣中Ca、Fe、Mn、Mg等元素的氧化物沿着间隙或孔洞进入滑板基质中,刚玉骨料或铝矾土骨料中。Al元素以及基质中的其他元素向熔渣中渗透,形成以Si、Al、Mn、Ca、O、Mg等元素为物相组成的侵蚀层。侵蚀层经过高温烧结产生收缩,形成不规则裂纹,加剧熔渣继续向滑板内部渗透侵蚀,最后导致滑板损毁失效。(3)对滑板在铸钢过程中的热应力变化行为进行数值模拟,模拟结果表明两种滑板在钢水浇铸的瞬间,浇铸孔附近温度瞬间升高,越远离浇铸孔位置的节点温度越低。耐火材料滑板的纵向截面温度梯度比横向截面更大,温度下降得更快。热应力主要集中在滑板的浇铸孔附近,表明热裂纹容易在此处萌生。(4)在浇铸孔内壁两种滑板由于钢液的冲刷而受压应力,浇铸孔周围由于温度差主要以拉应力为主,滑板外围受到钢箍的紧固力作用主要以压应力为主。但是Ⅱ型复合结构滑板在浇铸孔内壁所受的压应力远大于Ⅰ型结构滑板,而Ⅱ型复合结构滑板外围受到的压应力却更小。(5)由于Ⅱ型复合结构滑板所用的两种耐火材料热物理性能不同,和钢液接触的耐火材料导热率更大,因此Ⅱ型复合结构滑板此部分导热更快,相比于Ⅰ型结构滑板,Ⅱ型复合结构滑板内部温度更快均匀化,热应力降低更快。(6)复合结构滑板热应力的最大值总是出现在材料TC与材料BX接触的圆角附近(P3处)。热应力的最大值随着材料TC厚度和圆角半径的增大而减小,但随着材料TC高度和摩擦系数的增大而增大。(7)复合结构滑板的材料TC厚度对热应力的影响比较显著,但是圆角半径对热应力影响较小。采用正交优化设计方法找出的最优结构参数方案为A1B4C1D4E1,即材料TC长边尺寸为142.5mm,短边尺寸为72.5mm,材料TC厚度为22.8mm,材料TC高度为16mm,材料TC圆角半径为10mm,摩擦系数为0.5。滑板优化后的热应力最大值仅为246.1MPa,热应力最大程度上减小117.6MPa。

关键词：滑板数值模拟热应力结构优化抗侵蚀性

连铸用金属复合尖晶石—碳耐火材料高温服役性能研究

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连铸用金属复合尖晶石—碳耐火材料高温服役性能研究

作者：郝娴中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司

学位级别：硕士

随着高效连铸技术的发展,普通的尖晶石-碳耐火材料越来越难以满足实际浇铸的要求,通过调控石墨含量、粒度组成等手段协同提升抗热震性、抗侵蚀性等空间有限,服役寿命难以进一步提高,影响连铸的效率及铸坯质量。金属Al具有熔点低、塑性... 详细信息

随着高效连铸技术的发展,普通的尖晶石-碳耐火材料越来越难以满足实际浇铸的要求,通过调控石墨含量、粒度组成等手段协同提升抗热震性、抗侵蚀性等空间有限,服役寿命难以进一步提高,影响连铸的效率及铸坯质量。金属Al具有熔点低、塑性强、化学性质活泼等优点,不仅能提高材料的抗热震性、抗氧化性,而且在高温服役过程中,金属原位反应可在材料中形成陶瓷结合,改善材料的抗侵蚀性。因此,本课题聚焦抗热震性、抗侵蚀性和抗氧化性,将铝硅合金、铝镁合金与尖晶石-碳耐火材料进行复合,较系统地研究了合金添加量、种类及尖晶石原料等对材料显微结构与性能的影响,得出以下结论:(1)添加Al-Si合金可调控材料的性能。虽然Al-Si合金对常规性能如气孔率、体积密度影响较小,但随着合金含量的增加,可提高材料的高温抗折强度、浸钢热震后强度和抗氧化性,但抗侵蚀性降低。当Al-Si合金加入量为6 wt%时,材料的抗热震性、抗氧化性和高温抗折强度较高,且抗侵蚀性降低不显著,材料的综合性能较好。(2)改进了测量材料抗氧化性的方法,通过控制热重分析仪中空气流量,提高了氧化的均匀性和可控性,并研究了引入Al-Si合金后尖晶石-碳材料的氧化行为。结果表明材料在氧化初始期和后期分别化学反应控制和扩散控制,Al-Si合金可以影响材料内部的扩散,提高材料的抗氧化性。(3)由于烧结尖晶石密度低、气孔多,以其为原料制备的尖晶石-碳材料抗热震性优于以电熔尖晶石为主要原料制备的材料,但抗侵蚀性较差。(4)引入Al-Mg合金后,材料中的Mg与气氛中CO、CO、O反应生成Mg O放热,促进Al的碳热还原反应,生成较多量AlC纤维,可以显著提高材料的常高温抗折强度,但有可能导致材料出现水化;与引入Al-Si合金的材料相比,由于其不含Si,抗侵蚀性较好。

关键词：尖晶石-碳材料金属抗热震性抗侵蚀性抗氧化性