刚玉-尖晶石耐火材料微观结构调控与热震稳定性的相关性研究

Higher molten steel temperature and long heat duration of refining steel ladle lead to severe service for alumina spinel castables as lining and purging plug of steel ladle, and especially for purging plug whose service life, blow rate and gas permeability, which is the key factor to increase of heats of steel ladle. To solve the crucial service performance, especially for thermal shock resistance of alumina spinel castables for steel ladle. Thus, this research focuses on the phase composition design, microstructure design and control, innovative basic theories technology of microstructure and the performance optimization will be established, and a series of techniques are expected to achieve about design and control of microstructure on the improve of thermal shock resistance of alumina spinel refractories. This project is extremely important to energy-saving, enhance of service life and safety of alumina spinel castables and purging plug for steel ladle and high technology of our country.

近年来，我国大型精炼钢包高的冶炼温度和长的冶炼时间，对作为钢包内衬和透气功能材料的刚玉-尖晶石质耐火材料提出了更高的要求，尤其对透气砖的寿命、吹气成功率、透气量要求较高，目前透气砖已成为限制钢包寿命提高的瓶颈因素。本项目为解决精炼钢包用刚玉-尖晶石耐火材料的服役性能（热震稳定性）的关键问题，将重点研究物相设计、微观结构设计与调控，建立耐火材料性能优化与微观结构的基础理论，获得提高热震稳定性的微观结构可控制备工艺。提升我国精炼钢包透气砖和钢包浇注料的服役性能和安全性，为实现耐火材料的高效利用、节能降耗与钢包寿命的提高等具有重大意义。

针对影响精炼钢包用刚玉-尖晶石耐火材料的服役性能（热震稳定性）的关键问题入手，本项目通过材料的物相、微观结构设计与调控，获得了耐火材料性能优化与微观结构的相关性的基础数据，揭示了提高材料热震稳定性的微观结构可控制备新技术。具体如下：. 1、不同显微形貌的六铝酸钙（CA6）材料的可控制备技术。.(1) CA6晶体的显微形貌取决于氧化铝原料母体的显微形貌。以CaCO3和氯化铝粉为原料，温度≥1500℃时可制备出显微形貌为板片状的CA6；以氢氧化铝粉为铝源，温度≥1400℃时可制备出显微形貌呈层状平行排列的CA6；以氧化铝粉为铝源只能生成形貌为颗粒状的CA6。(2) 氧化钙原料对CA6的生成温度和显微结构影响较小。（3）硼酸的加入能明显促进CA6晶体的生成发育，其形貌为六方板状结构。. 2、 CA6-尖晶石（MA）复相粉体的可控制备技术.（1）以CaCO3、电熔镁砂为原料，在1100-1400℃下氧化铝类型显著影响试样的物相组成。以氢氧化铝为原料时，生成的CA6多呈板状结构，尖晶石为颗粒状；以工业氧化铝为原料时合成的CA6显微形貌呈颗粒状和板状复合结构。（2）AlF3和FeCl3的加入促进了CA2向CA6的转化，生成的CA6晶体形貌多为板状结构。 .3 刚玉-尖晶石耐火浇注料的性能和显微形貌调控技术.（1）通过调控尖晶石的粒度及加入量，优化了浇注料显微结构，改善了浇注料的高温强度和抗热震性。（2）首次通过改变CA6颗粒尺寸和加入量，可调控浇注料中原位形成的CA6的形貌和晶粒大小，优化了浇注料的常温性能和抗热震性。（3）通过引入CaCl2可调控原位生成的CA6数量和显微形貌，优化了材料的力学性能和抗热震性. (4) 揭示了材料的高温性能与其显微结构的内在联系。. 4 刚玉-尖晶石耐火制品性能可控的制备技术.在刚玉-尖晶石耐火制品中，通过调控钙源的引入方式和含量，从而实现其微观结构的调控，改善了制品的高温强度和抗热震性，并减小了热震后试样的裂纹尺寸。. 5 刚玉-尖晶石耐火材料抗热震性的评价方法.采用风冷实验比传统的水冷法可更好地评价刚玉-尖晶石耐火材料的抗热震性；在不破坏材料的前提下通过测量试样弹性模量及其保持率也可准确评价材料的抗热震性。