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精炼钢包用Al2O3-MgO浇注料损毁机理与性能优化研究

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精炼钢包用Al2O3-MgO浇注料损毁机理与性能优化研究

作者：程亚苹武汉科技大学

学位级别：硕士

铝镁浇注料(AlO-MgAlO)由于具有优异的抗渣渗透性能和抗热震性能而被广泛应用在大型精炼钢包的熔池区域,为高品质钢的精炼深加工提供保障。随着高洁净钢生产需求的不断提升,钢包精炼时间、精炼比例和强度都不断上升,对钢包熔池区耐火材... 详细信息

铝镁浇注料(AlO-MgAlO)由于具有优异的抗渣渗透性能和抗热震性能而被广泛应用在大型精炼钢包的熔池区域,为高品质钢的精炼深加工提供保障。随着高洁净钢生产需求的不断提升,钢包精炼时间、精炼比例和强度都不断上升,对钢包熔池区耐火材料的性能要求不断提高。本研究论文的主要工作包括:首先探明典型用后AlO-Mg AlO内衬的侵蚀形貌,揭示其在化学侵蚀和热震耦合条件下的损毁机理,为下一步优化耐火材料性能提供基础思路;然后,探明不同结合剂体系(铝酸盐水泥和铝硅溶胶)、基质中尖晶石含量和微粉含量对整体材料烧结性能、热震性能和抗渣性能的综合性能的影响规律;此外实际服役过程中侵蚀界面上裂纹形成会导致结构性剥落,所以最后探究熔渣的渗透量对侵蚀界面性能、裂纹形成的影响规律。通过上述的研究工作,可以得到如下主要结论:(1)工业用后铝镁预制块化学分析表明,变质区裂纹形成主要由于冶金操作导致的循环热冲击,同时变质层与原砖层之间物化性能差异,也是导致炉衬侵蚀界面上裂纹扩展直至发生结构剥落的原因;而化学侵蚀会首先导致基质部分损毁后,氧化铝骨料熔损-脱落进入反应层和渣层。因此,实际服役过程中AlO-Mg AlO浇注料炉衬损毁机理呈现“大剥落、小熔损”的特征。(2)研究纯铝酸钙水泥和铝硅溶胶结合体系对铝镁浇注料性能影响,实验结果表明在常温养护和中温1100°C×3h后凝胶结合试样的常温抗折强度高于水泥结合试样,随着热处理温度上升,水泥结合试样抗折强度会高于铝硅溶胶结合试样。水泥结合试样高温强度为20.3MPa,明显高于溶胶结合试样3.0MPa。这主要是由于Ca O-AlO-Mg O和Si O-AlO-Mg O结合体系在高温下生成液相不同。(3)探究了尖晶石加入量对铝镁浇注料性能影响,试样经过1600°C×3h热处理后,线收缩率随着尖晶石含量增加而增加(5wt%:-0.16±0.01,10wt%:-0.17±0.03,16wt%:-0.48±0.15),加入量由5wt%增加至16wt%后,试样高温强度由15.5MPa上升到20.2MPa,同时Factsage模拟计算结果表明随着尖晶石添加量增加,其基质在高温下液相生成量呈增加趋势,液相黏度呈下降趋势,说明增加尖晶石含量能够促进材料的烧结性能。试样的高温抗折强度随着基质中钢渣添加量增加呈现明显下降趋势,当添加量为6wt%时试样高温抗折强度由22.8MPa下降到4.0MPa。钢渣含量为2wt%时,经1600°C热处理,对照组热震实验后的强度为10.8MPa,含6wt%钢渣试样的强度为10.4MPa,均远低于含2wt%钢渣的试样(19.0MPa)。(4)增加基质中活性氧化铝微粉的含量,试样的抗渣渗透性能增加,抗渣侵蚀性能降低,当添加3wt%活性氧化铝微粉时,浇注料静态抗渣的渗透指数由17%降至11%左右,明显下降,侵蚀指数则由0.63%增加到1.05%。

关键词： Al2O3-MgO浇注料抗渣侵蚀性能抗热震性能损毁机理

锂离子电池正极材料烧结用匣钵的损毁机理及优化

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锂离子电池正极材料烧结用匣钵的损毁机理及优化

作者：孙子恒武汉科技大学

学位级别：硕士

目前,在绿色、低碳经济背景下,锂离子电池因能量高、工作温度范围宽、贮存寿命长、低污染等优点,在新能源领域展现了广泛的应用前景和市场机遇。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分,其生产效率、品质、经济效益等都面临着更严格的挑... 详细信息

目前,在绿色、低碳经济背景下,锂离子电池因能量高、工作温度范围宽、贮存寿命长、低污染等优点,在新能源领域展现了广泛的应用前景和市场机遇。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分,其生产效率、品质、经济效益等都面临着更严格的挑战。开发生产成本低廉、综合性能优良的烧结正极材料用匣钵成为亟待解决的重要问题。匣钵的性能主要依赖于原料组成、结构以及生产工艺,其使用寿命则受温度、气氛及物料侵蚀等具体服役环境的影响。基于此,有必要对匣钵的损毁机理进行分析并尝试有效的优化设计,本论文概述如下:(1)对服役后匣钵(莫来石(3AlO·2Si O)-堇青石(2Mg O·2AlO·5Si O)为基底,刚玉(AlO)-镁铝尖晶石(Mg O·AlO)-锆英砂(Zr O·Si O)为复合层)的物相组成、显微结构等进行了系统地表征分析。另外,使用Factsage 6.2软件对匣钵与正极材料的界面反应进行了热力学计算并结合Li NiCoMnO(LNCM)的侵蚀试验,以明确匣钵的侵蚀和损毁机理。(2)选择钛铁渣为添加剂加入莫来石-堇青石质匣钵配料中,旨在通过原位生成钙长石(Ca O·AlO·2Si O)以提高匣钵的服役性能。研究发现,CAT的添加有助于促进匣钵的烧结,提高其体积密度和机械强度(尤其是高温力学性能,于1100℃,0 wt%CAT试样的高温抗折强度为15.06 MPa,而9 wt%CAT试样的高温抗折强度为22.75 MPa)。利用Factsage的热力学模拟解析了含CAT匣钵的烧结机理。另外,通过静态坩埚侵蚀实验研究了CAT对匣钵抗侵蚀性能的影响,研究表明含CAT匣钵具有优异的耐蚀性。(3)应用PMM替换莫来石颗粒作为匣钵的主要骨料,实现匣钵的轻量化以减少消耗、提高效率。研究发现,PMM表面的气孔有利于细粉的进入,使PMM与基质结合更加紧密,有助于提升匣钵的烧结性能。PMM的多孔结构为莫来石的热膨胀提供了缓冲空间,有利于缓解匣钵高温下出现的体积膨胀和热应力增强的不良影响。

关键词：莫来石-堇青石材料耐火材料匣钵损毁机理结构优化与设计

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钢包用耐高温材料损毁机理分析

稀有金属材料与工程 2007年第A2期36卷 386-388页

作者：秦开明丁贺玮黄朝晖王成彪姜波中国地质大学工程技术学院北京100083 中国地质大学材料科学与工程学院北京100083

对洁净钢冶炼钢包用无碳耐高温材料渣侵蚀后的显微结构进行了分析,得到钢包精炼熔渣与Al_2O_3-MgO(SP)耐高温材料的反应产物主要有钙黄长石(C_2AS)、钙长石(CAS_2)、六铝酸钙(CA_6)。分析其损毁机理主要包括熔渣与耐火材料的反应、熔渣... 详细信息

对洁净钢冶炼钢包用无碳耐高温材料渣侵蚀后的显微结构进行了分析,得到钢包精炼熔渣与Al_2O_3-MgO(SP)耐高温材料的反应产物主要有钙黄长石(C_2AS)、钙长石(CAS_2)、六铝酸钙(CA_6)。分析其损毁机理主要包括熔渣与耐火材料的反应、熔渣在耐火材料中的渗透以及钢液在耐火材料中通过裂纹的侵入,提出了延长洁净钢冶炼钢包用无碳耐高温材料寿命的技术方向。

关键词：无碳耐高温材料钢包 Al2O3-MgO(SP) 损毁机理

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铜冶炼阳极炉镁铬质耐火材料损毁机理

硅酸盐学报 2021年第9期49卷 2025-2035页

作者：张宁轩肖国庆段锋丁冬海种小川侯星冯润棠田晓利牟一康西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055 濮阳濮耐高温材料(集团)股份有限公司技术中心河南濮阳457100 国投金城冶金有限责任公司河南灵宝472500

采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、透反射偏光显微镜、扫描电子显微镜-能谱仪对铜冶炼阳极炉渣及位于阳极炉不同部位的镁铬砖进行表征,研究了镁铬砖的损毁机理。研究表明:服役8个月的回转式阳极炉端墙、筒体、氧化还原风口镁铬砖蚀损... 详细信息

采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、透反射偏光显微镜、扫描电子显微镜-能谱仪对铜冶炼阳极炉渣及位于阳极炉不同部位的镁铬砖进行表征,研究了镁铬砖的损毁机理。研究表明:服役8个月的回转式阳极炉端墙、筒体、氧化还原风口镁铬砖蚀损指数分别为:8.9%、21.6%、55.1%。端墙镁铬砖主要受硅酸盐相的侵蚀生成镁橄榄石(Mg_(2)SiO_(4)),镁橄榄石在镁铬砖热端形成致密挂渣层,阻碍铜液及熔渣的侵蚀渗透,镁铬砖蚀损程度最小。筒体镁铬砖受铜及氧化亚铜侵蚀渗透大,炉体转动及严重的侵蚀渗透使得镁铬砖发生结构剥落的几率增大,其蚀损程度大于端墙镁铬砖。氧化还原风口镁铬砖在氧化阶段经受的高氧势作用使其受氧化亚铜侵蚀最大,造渣时加入的碱性熔剂碳酸钠对镁铬砖侵蚀的加剧作用也更明显:Na_(2)CO_(3)分解产生的Na_(2)O与部分铬尖晶石反应生成Na_(2)Cr_(2)O_(4),破坏镁铬砖直接结合;此外,熔体冲刷、湍流及还原剂喷吹等复杂的服役环境导致氧化还原风口镁铬砖结构剥落频发,蚀损程度最大。

关键词：粗铜精炼阳极炉镁铬砖损毁机理侵蚀渗透

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连铸用滑板的发展概况及其损毁机理

耐火材料 2007年第3期41卷 225-229页

作者：张煦李新健唐坤张子翼宝山钢铁股份有限责任公司资料备件采购部上海201900 武汉威林炉衬材料有限责任公司北京通达耐火材料有限责任公司

着重介绍了连铸用滑板的发展概况以及滑板的分类,概括了各类滑板的制备工艺及其使用过程中的优缺点。在滑板的使用过程中,其损毁主要原因是热机械损毁和热化学损毁,并根据滑板损毁的主要原因简单介绍了防止滑板损毁的主要措施。

关键词：滑板连铸损毁机理

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白云石质材料在含钒钛转炉渣中的损毁机理

钢铁 1982年第10期17卷 7-15页

作者：陈伟庆董履仁北京钢铁学院

使用旋转圆柱法研究了烧成白云石在含钒钛转炉渣中的损毁速度,并结合岩相和能谱分析检验,指出炉衬损毁的两种机理:在1400℃下CaO未饱和的初渣中为表层渣化溶解,在1600℃下CaO饱和的终渣中为渗透解体.攀钢半钢终渣含有较高的FenO和Al2O3... 详细信息

使用旋转圆柱法研究了烧成白云石在含钒钛转炉渣中的损毁速度,并结合岩相和能谱分析检验,指出炉衬损毁的两种机理:在1400℃下CaO未饱和的初渣中为表层渣化溶解,在1600℃下CaO饱和的终渣中为渗透解体.攀钢半钢终渣含有较高的FenO和Al2O3,并具有极低粘度,这种渣向炉衬内渗透,造成耐火材料从内部熔融和解体是攀钢炉衬寿命低的主要原因,文中还提出了解决办法.

关键词：白云石溶解速度镁肥初渣终渣岩相沉积相损毁机理钒钛转炉渣

大型干法水泥回转窑过渡带用镁铝尖晶石砖的损毁机理

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耐火材料 2006年第6期40卷 419-422页

作者：师素环王宝玉蒋明学李勇西安建筑科技大学材料学院西安710055 中钢集团洛阳耐火材料有限公司

对5000t.d-1的大型干法水泥回转窑过渡带用后镁铝尖晶石砖(LMLJ-80)分别进行了外观观察及物理性能、XRD、SEM和EDAX等分析,探讨了其损毁机理。研究结果表明:水泥熟料对镁铝尖晶石砖的侵蚀不是其损毁的主要原因,而碱盐的沉积和热震综合... 详细信息

对5000t.d-1的大型干法水泥回转窑过渡带用后镁铝尖晶石砖(LMLJ-80)分别进行了外观观察及物理性能、XRD、SEM和EDAX等分析,探讨了其损毁机理。研究结果表明:水泥熟料对镁铝尖晶石砖的侵蚀不是其损毁的主要原因,而碱盐的沉积和热震综合作用下的结构剥落和热剥落是过渡带用镁铝尖晶石砖损毁的主要形式。因此,提高镁铝尖晶石砖的韧性和抗剥落性是提高炉衬寿命的重要措施之一。

关键词：镁铝尖晶石砖水泥回转窑损毁机理

水煤浆加压气化炉用高铬耐火材料的显微结构及损毁机理

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耐火材料 2002年第5期36卷 255-258页

作者：齐晓青李宏王玉范洛阳耐火材料研究院高级耐火材料厂洛阳471039

采用扫描电镜和能谱分析方法 ,分析了水煤浆加压气化炉用高铬砖渣蚀前后的显微结构和相组成 ,探讨了主要损毁机理。结果表明 :煤熔渣与砖反应和渗透引起砖组成的改变 ,从而导致砖的结构剥落和强度弱化是砖损毁的主要原因 ;LIRR -HK90砖... 详细信息

采用扫描电镜和能谱分析方法 ,分析了水煤浆加压气化炉用高铬砖渣蚀前后的显微结构和相组成 ,探讨了主要损毁机理。结果表明 :煤熔渣与砖反应和渗透引起砖组成的改变 ,从而导致砖的结构剥落和强度弱化是砖损毁的主要原因 ;LIRR -HK90砖的显微结构呈网络状镶嵌结构 ,直接结合程度高 ,与渣反应可生成 (Mg ,Fe) (Al,Cr,Fe) 2 O4 复合尖晶石致密带 ,阻止了渣的进一步渗透 ,减缓渣蚀速度和结构剥落。

关键词：水煤浆加压气化高铬耐火材料气化炉高铬砖显微结构损毁机理

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玻璃窑蓄热室用镁砖损毁机理分析

耐火与石灰 2022年第4期47卷 5-9页

作者：王洪红夏长海刘浩王周福张忠壮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

对石油焦燃料体系下玻璃窑蓄热室用高纯镁砖进行取样,分析造成镁质格子砖损毁的原因。结果表明,烟尘中的侵蚀介质主要通过砖体孔隙和方镁石晶间侵入,形成低熔点硅酸盐或钒酸盐富集包裹于方镁石晶间,导致晶间结构疏松、砖体损坏。镁砖制... 详细信息

对石油焦燃料体系下玻璃窑蓄热室用高纯镁砖进行取样,分析造成镁质格子砖损毁的原因。结果表明,烟尘中的侵蚀介质主要通过砖体孔隙和方镁石晶间侵入,形成低熔点硅酸盐或钒酸盐富集包裹于方镁石晶间,导致晶间结构疏松、砖体损坏。镁砖制备过程中,避免或降低方镁石晶间钙镁硅酸盐物相的形成,可提高镁砖的抗侵蚀性,有助于提高蓄热室镁质格子体的使用寿命。

关键词：蓄热室镁砖损毁机理