具有密度梯度刚玉-尖晶石轻量耐火材料的制备与微结构调控

Lightweight refractory when used as the working lining can make thermal furnace have a good energy-saving effect compared with dense refractory due to its lower thermal conductivity and working at high temperature. However, the introducing of lightweight aggregate made lightweight refractory has low impregnation resistance to working medium. To combine the thermal insulation and high temperature usability (such as corrosion-resistance) of lightweight refractory, corundum-spinel lightweight refractory with density gradient will be fabricated by means of the carbothermal reduction and transportation of MgO and then the oxidation combined with reactive sintering in view of the intensification of matrix and fabricating refractory with density gradient. The relationship among process conditions, microstructure, properties and high temperature performance was mastered by the investigation about process thermodynamics and kinetics , the effect of process conditions on microstructure and properties of corundum-spinel lightweight refractory, the thermal simulation study of thermal insulation and high temperature usability (such as corrosion-resistance) of lightweight refractory ah high temperature. The regulation on density gradient of refractory can be realized and one kinds of new refractory with dense matrix in outer layer and porosity gradient in interior can be fabricated combing lower thermal conductivity and good corrosion resistance. One method to fabricate lightweight refractory with excellent comprehensive properties can be gotten.

轻量耐火材料作为高温热工窑炉的工作衬，由于低导热率和工作在热面，其与重质耐火材料相比使热工窑炉具有更好的节能效果。然而，由于轻量多孔骨料的引入，使轻量耐火材料工作衬抗工作介质浸渗性能降低，影响其使用性能。为兼顾耐火材料工作衬隔热保温和抗侵蚀等高温使用性能，本课题基于强化基质和制备具有密度梯度轻量耐火材料的两个方面考虑，采用氧化镁碳热还原输运氧化结合反应烧结法制备具有密度梯度的刚玉-尖晶石轻量耐火材料。通过制备过程热力学和动力学、制备工艺条件对材料微结构和性能影响研究，对具有密度梯度刚玉-尖晶石轻量耐火材料隔热性能和抗侵蚀性等高温使用性能高温热态模拟研究，掌握其制备工艺、微结构、性能和高温使用性能之间的关系，实现材料密度梯度可调，制备出外层基质致密而内部气孔率梯度变化兼具低导热和高抗侵蚀的新型耐火材料。探索出一条制备具有优异综合性能的轻量耐火材料新途径。

轻量耐火材料作为高温热工窑炉的工作衬，由于低导热率和工作在热面，其与重质耐火材料相比使热工窑炉具有更好的节能效果。然而，由于轻量多孔骨料的引入，使轻量耐火材料工作衬抗工作介质浸渗性能降低，影响其使用性能。为兼顾耐火材料工作衬隔热保温和抗侵蚀等高温使用性能，本课题基于强化基质和制备具有密度梯度轻量耐火材料的两个方面考虑，采用氧化镁碳热还原输运氧化结合反应烧结法成功制备出具有密度梯度的刚玉-尖晶石轻量耐火材料。本项目借助扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、综合热分析-质谱联动仪、压汞仪、X-射线断层成像技术热态模拟等手段系统研究了氧化镁碳热还原输运氧化结合反应烧结法制备过程热力学和动力学、制备工艺条件对材料微结构和性能影响，对具有密度梯度刚玉-尖晶石轻量耐火材料隔热性能和抗侵蚀性等高温使用性能高温热态模拟研究，系统掌握了制备过程热力学和动力学规律，掌握了制备工艺条件对产品相组成、微结构、性能和高温使用性能的影响规律，实现了材料密度梯度可调，制备出外层基质致密而内部气孔率梯度变化兼具低导热和高抗侵蚀的刚玉-尖晶石轻量耐火材料。获得了体积密度为2.68g/cm3、耐压强度大于60MPa、荷重软化温度高于1640℃、800℃热导率为1.72w/(m•k)，具有良好抗钢渣侵蚀性能和抗水泥生料侵蚀的刚玉-尖晶石轻量耐火材料；通过压汞仪对重质和具有密度梯度的轻量刚玉-尖晶石耐火材料孔径分布测试，证明具有梯度密度的耐火材料外皮具有较小的孔径分布，揭示了其具有优异抗侵蚀性能的原因；利用两种方法证明了采用上述方法制备的耐火材料具有密度梯度，为具有不均匀微结构的高温陶瓷和耐火材料密度梯度表征提供了方法借鉴；通过项目研究探索出一条制备具有优异综合性能的轻量耐火材料新途径。