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以镁渣为原料制备炉条砖的工艺以及材料相关性能的研究

作　者: 刘征官
导　师: 田玉明
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料学
关键词: 镁渣复相耐材抗压强度热震性能水化性能 C2AS M2S
分类号: TU522.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

镁渣综合利用开发高附加值产品的研究是目前国内外普遍关注的课题。本课题结合山西省镁渣的物理化学性质，进行了以皮江法炼镁还原废渣为主要原料生产出炉条砖用的钙铝黄长石-镁橄榄石（C₂AS－M₂S）复相耐火材料的生产工艺及其相关使用性能的研究。在研究中，使用XRD、SEM及EDS等实验检测方法对复相耐材的微观结构与物相组成进行了研究，并通过系统的实验分析了气孔率、成型方法及烧结状态等主要因素对材料抗压性能的影响；结合材料的热学与力学性能研究了气孔率与外加应力与材料的热震稳定性的关系；研究了材料的抗水化性能并对其水化过程以及水化机理进行了初步探讨。实验结果如下：1.通过合理的组分设计、成型工艺、烧结工艺，控制材料的显微结构，以镁渣为主要原料制备出性能优良的C₂AS－M₂S复相耐火材料。材料的耐火度为1470℃。烧结试样晶化程度高，主晶相为C₂AS，次晶相为M₂S。C₂AS－M₂S复相耐火材料为多孔材料。在低倍下，试样表面粗糙不平整，但完好无明显大裂纹；在高倍下，试样表面发现试样晶化程度高，在C₂AS块状体晶粒周边总是伴生着体稍较小的M₂S锥体状晶粒。试样断面为多孔形貌，以大量组织致密厚实且坚硬的基体集中分布为主。2.系统地研究造孔剂含量、成型压力及烧结温度等成型方法和烧结状态这两类因素对抗压强度的影响，证实耐火制品的常温抗压强度是其组织结构的参数，且气孔率是其中最主要的影响因素。（1）随着PVA的添加量逐渐增加，材料的气孔率基本上逐渐上升，抗压强度则是明显的下降趋势；（2）成型压力对试样的抗压强度影响甚微，因为烧结制度在这里起绝对作用，而成型压力只对制品胚体的初步成型起到了关键作用；（3）在原料与制备工艺一定的情况下，烧结温度直接制约着材料的显微结构，而显微结构直接影响着材料的抗压强度。随着烧结温度的提高，高温固相反应越完全，胚体内的气孔排出越多，从而试样的气孔率逐渐下降，组织越来越致密，试样的体积密度呈现逐渐上升趋势，宏观表现诸如材料的力学性能得到了加强；（4）在相同成型与烧结工艺条件下，多孔耐火材料的抗压强度随着气孔率的下降逐渐增加。实验结果中，耐火制品的抗压强度大多集中在180～200MPa，说明材料的抗压强度非常高。3.结合材料的热学与力学性能，研究气孔率与外加应力对材料的热震稳定性的影响。（1）在相同的成型与烧结工艺下，随着试样气孔率的增加，600℃下热震实验的循环次数逐渐增加，试样的抗热震性越来越好。裂纹在固相中的扩展方式既有沿晶断裂又有穿晶断裂，扩展方向基本没有改变。裂纹在气相的扩展遇到了阻挠，不仅方向发生了偏转和分散，而且由于气孔存在耗能机制强度有所降低；（2）在相同工艺与大致相当的气孔率下，额外的产生人工缺陷对试样600℃下热震实验的循环次数明显下降，试样的抗热震性越来越差。4.经过高温固相反应后，原料中水化活性高的化学成分CaO及MgO与原料中的其他成分通过合理的配比以及成型、烧结工艺最终生成抗水化性相C₂AS和M₂S，试样水煮72h无粉化，试样无明显裂纹、变形，复相耐火材料具有优良的抗水化性能。水化72h后主要晶相与水化前一致，没有新相的生成，但特征峰较水化前稍微整体向左移。随着水化时间的增加，试样表面形貌变化较大。随着水化时间的增加，试样表面先脱落表面附着物，暴露基体；接着生成棒状大晶粒，生成网状晶粒，最后表面水化产物脱落或溶解，如此循环反复。断面形貌几乎无变化，多以闭孔和硬实的基体为主，没有出现棒状晶体，说明该试样为多孔材料，并且孔多为闭孔，水化反应并没有进入试样内部。

以镁渣为原料制备炉条砖的工艺以及材料相关性能的研究

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