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钢包用方镁石—镁橄榄石复合材料研究

孙晓婷  
【摘要】:隔热耐火材料作为节能环保材料被广泛的应用于工业窑炉中。常见的隔热耐火材料主要是高铝质、粘土质等,碱性隔热材料应用较少。本论文立足于辽宁原料特点,选用镁橄榄石制备隔热材料,再将镁质与镁橄榄石质复合制备方镁石-镁橄榄石复合材料。利用ANSYS模拟钢包承装钢水时包壁温度分布情况,依据导热系数的不同对熔池部位包壁用耐火材料进行选择,实现钢包减重扩容、降低钢壳外表面温度,实现节能环保目的,同时为本论文的实验部分提供理论基础。实验主要以镁橄榄石,镁砂,菱镁矿,硅微粉为原料,采用机压成型与浇注成型两种成型方式。研究了菱镁矿粒度、造孔剂种类及加入量、制备工艺、发泡剂种类对镁橄榄石隔热材料性能影响;结合形状对复合材料性能的影响。经物理性能检测、XRD矿物相及SEM形貌分析,结果表明:经ANSYS优化设计后选择方镁石-镁橄榄石复合材料替代目前使用的镁铝砖及高铝浇注料做熔池的包壁,可使钢包壁减薄50mm,钢壳外表面温度降低8.7%;采用机压成型制备镁橄榄石隔热材料时,菱镁矿(≤0.075mm)与炭黑作为复合造孔剂,当炭黑加入量为2%时,试样中气孔分布均匀,具有最佳的气孔率及较高的强度;采用浇注成型时,选用十二烷基硫酸钠作为发泡剂的试样性能优于十二烷基苯磺酸钠的试样,其试样具有气孔率大,体积密度低,强度高的特点,于1400℃烧成后试样的主晶相为镁橄榄石,内部形成封闭微孔,孔径约12μm;发泡剂最佳引入顺序为,先将细粉与骨料充分混合后,再添加发泡剂;浇注成型制备的复合材料性能优于机压成型,当结合部位为无规则形状时,复合材料的抗折强度最高;浇注成型制备的复合材料隔热部位体积密度为1.77g/cm~3,气孔率为46.6%,导热系数为0.59W/(m·k)。


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