《Al2O3-MgO-CaO系耐火材料燒結行為及其性能的研究》是依託東北大學，由陳敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Al2O3-MgO-CaO系耐火材料燒結行為及其性能的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳敏
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
Al2O3-MgO耐火材料以其良好的性能廣泛套用於爐外精煉設備，但隨著耐火材料和電解鋁工業的發展，作為這兩個行業主要原料的鋁土礦資源日趨緊張；另一方面，由於Al2O3-MgO耐火材料中主晶相剛玉的密度較高，導致Al2O3-MgO耐火材料重量較大，不僅增加冶金企業的儲運和使用成本，還容易因耐火材料蓄熱導致熱量損失增大。為適應冶金企業節能減排和冶金耐火材料輕量化的發展趨勢，本申報項目擬利用資源豐富、密度較小的CaO原料替代部分剛玉原料製備緻密Al2O3-MgO-CaO耐火材料，研究原料組成和添加劑種類對該體系耐火材料燒結行為、顯微結構和性能的影響規律及其作用機制，建立該體系耐火材料燒結動力學模型，確定原料組成與顯微結構和性能之間的內在聯繫，掌握該體系耐火材料的損毀機理，研究該體系耐火材料與鋼液之間的反應及其對鋼液質量的影響，為Al2O3-MgO-CaO耐火材料的開發提供理論依據。
結題摘要
Al2O3-MgO質和Al2O3-MgO-C質耐火材料因其良好的性能而廣泛套用。但該體系耐火材料體積密度較大，不適應耐火材料“輕量化”和節能減排的發展需求。此外，隨著鋁土礦資源短缺，導致生產成本不斷升高。針對上述問題，本研究通過利用石灰(CaO)替代部分氧化鋁原料，研究了此三元體系耐火材料的內部化學反應、礦物組成和顯微結構特點、燒結行為等關鍵科學問題，並考察了燒成制度及添加劑種類對該體系耐火材料燒結緻密化行為、顯微結構和力學性能的影響規律及其作用機制，為新型耐火材料的開發提供理論依據。研究結果表明： (1) CaO的引入能使Al2O3-MgO體系耐火材料的燒結開始溫度從1300oC降低至1100oC，這主要是由於當燒成溫度由1100°C升至1200°C時，CA2晶粒間鍵連顯著加強，晶粒明顯長大。此外，添加適量的CaO (8%)不僅能有效地促進1600oC燒成後Al2O3-MgO體系耐火材料的緻密化，還能降低其體積密度，實現其輕量化。 (2) CA6片狀結構的形成不利於該體系耐火材料的緻密化：而當CaO添加量為8%時，由於CA2晶粒的良好發育，消除了一部分氣孔，一定程度上抑制了片狀晶粒的發展，導致其緻密化過程相對較快，因此在本研究中，該配比(CA2-MA-CA6)被認為是Al2O3-MgO-CaO體系耐火材料的最佳配比。 (3) ZrO2和TiO2添加劑能固溶到該體系耐火材料中的CA6相中，降低了表面能各向異性，從而抑制了CA6晶粒沿基面異常長大，並促進其各向同性生長，使其由片狀形貌向等軸形貌轉變，從而極大地促進了該體系耐火材料的緻密化。MnO添加劑能固溶到該體系耐火材料中的MA相中，從而促進了MA的發育和緻密化過程。BaO添加劑的引入能減少該體系耐火材料中MA和CA6相的含量，並促使CA2相含量增加，而CA2相良好的燒結性能極大地促進了該體系耐火材料的燒結緻密化過程。 (4) ZrO2、TiO2、MnO和BaO添加劑能極大地提高該體系耐火材料的常溫抗壓強度和常溫抗彎強度。這主要是由於氣孔率及氣孔尺寸的顯著下降且沒有引起晶粒的明顯粗化。此外，所有添加劑還能促進斷裂韌性值的提高。這一方面是由於晶粒間鍵連強度的增強以及低斷裂能基面數量的減少，導致抵抗裂紋生成的能力增強。另一方面，由於添加劑的引入所導致的微裂紋、裂紋偏轉和裂紋橋，提高了抵抗裂紋傳播的能力。
