烧成镁钙质耐火材料的工艺研究.doc
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1、本科毕业论文题目:烧成镁钙质耐火材料的工艺研究学 院:材料与冶金学院专 业:无机非金属材料工程学 号:200602128134学生姓名:张三明指导教师:赵惠忠日 期:2010年6月11日本科毕业论文题目:镁白云石合成制备工艺的研究学 院:材料与冶金学院专 业:无机非金属材料工程学 号:学生姓名:张三明指导教师:赵惠忠日 期:2010-6-12武汉科技大学本科毕业论文摘 要本课题以河南卫辉白云石为原料,采用二步煅烧法,制备不同CaO含量的MgO-CaO质耐火材料试样,并通过改进工艺和引进添加剂来改善材料的烧结及抗水化性能。通过检测试样的体积密度、显气孔率、抗水化程度来判断试样的性能变化。并结合X
2、RD分析其中的原因。实验第一部分主要研究CaO含量在20%和30%MgO-CaO质熟料的制备过程中轻烧、球磨、消化和成型等工艺对烧结性能和抗水化性能的影响。第二部分主要研究添加剂对合成镁钙砂的烧结性能和抗水化性能的影响。主要研究的添加剂种类有锆微粉,锆英石和锆溶胶。研究结果表明:1.颗粒度为100mm左右的白云石在1100保温3h的条件下轻烧活性度达到最大值。2.不同CaO含量的镁钙砂粒度分布差别很大,这可能是导致20%CaO和30%CaO镁钙砂烧结性能差的原因。3.消化加水量在不足的情况下会严重影响镁钙砂的烧结性能,20%和30%CaO镁钙砂最佳加水量在20%以上。4.锆微粉能提高镁钙砂试样
3、烧结性能,但不利于提高抗水化性能;锆英石对镁钙砂烧结性能的提升不如锆微粉明显,但抗水化性能的提升十分显著;添加锆溶胶的效果很差。关键词: 镁钙质耐火材料;白云石;工艺;烧结;抗水化摘要(Abstruct) 基本功能:概括全文的缩影,是全文的高度和浓缩,使读者一目了然。 语言特点:(Linguistic Features) 文集摘要必须提纲挈领,重点突出,言简意赅。对于以实验为主要内容的实验性或技术性文章,它不但综述论文的主要内容、要旨、重点,而且需要列出有关的数据、实验结果及采用的方法。若是新方法,还要说明其基本原理,操作范围及准确度等关键性的数据资料,摘要的长度一般相当于整篇论文的1/15至
4、1/25。主要强调:“本文包涵了什么”,“本文做了些什么”,内容比较微观,文体上比较灵活,随便。 结构固定: 一般遵循三段式章法,即开头、展开和结尾三部分,结构比较固定。开头通常称为主题句,主题句开门见山地点明主题,指出论文的“What”,即主要是什么内容。展开句进一步阐明主题句的具体内容,指出研究方法、分析过程及论证的要点等,阐明论文的“How”,即具体怎么做的。结尾句是全文作出结论或补充交待等,提出论文的“What”,即得出何结论、结果或所得结果、结论的意义。 内容完整:论文的基本功能和作用,决定了论文摘要有一定的例行项目和完整的内容,主要包括四个方面:研究的目的和范围;研究的方法;研究的
5、结果;作者对研究的主要结论。论文摘要可以独立成篇。(英文摘要:摘要中提到本研究的内容使用现在时;摘要中提到对实验部分的叙述使用过去时;摘要中本研究以前的情况、前人的结论或者作者以前的发现,要使用过去完成时;摘要中提到本研究今后的打算或研究结果可能产生的影响或效益,或者按人们一般阅读论文的习惯,总是先看摘要,后读正文,这时则使用一般将来时。AbstractThis research uses Weihui dolomite as raw materials and two-step calcination sintering ,, to preparation MgO-CaO refractor
6、y samples contain different contents of CaO .By improving the technology and the introduction of addisstives,, the sintering and hydration resistance is improved. By testing bulk density of samples ,, porosity,, resistance to determine the degree of hydration properties of the sample changes. Combin
7、ed with XRD analysis of the reasons. The first part of experiment CaO content of 20% and 30% MgO-CaO clinker quality of the preparation process of light burning,, grinding,, digestion,, and shaping the processes on the sintering resistance and hydration properties. The second part of synthesis of ma
8、gnesium dolomite additives on sintering and hydration resistance of. Main types of additives have Patent powder,, zirconium sol,, zircon. The results show that: 1. Particle size of dolomite to about 100mm in 1100 for 3h under the conditions of maximum degree of light burning activity. 2. Different C
9、aO content of calcium magnesium sand very different degree distribution,, which may lead to 20% and 30% CaO Calcium Oxide Sintering causes of poor performance. 3. Digest the amount of water in case of lack of will seriously affect the sintering properties of Calcium,, 20% and 30% CaO Calcium Oxide o
10、ptimal amount of water in more than 20%. 4. Zirconia powder can improve the sintering performance of Calcium,, but not conducive to improving hydration resistance; zircon additions on sintering performance of Calcium enhancement of zirconium powder as obvious,, but the hydration resistance of the up
11、grade is very significant; add the effect of zirconium sol poor. Key words: MgO-CaO refractories; dolomite; process; sintering; anti-hydration目 录摘 要11IAbstractIIIIIII引言11 文献综述211.1 研究背景211.2 烧成镁钙质耐火材料的原料白云石211.2.1 白云石的矿物组成、分类及分布211.2.2 白云石质耐火材料的开发与应用2121.3 镁钙质耐火材料的特点321.4 镁钙质耐火材料的使用现状4341.4.1 国外的使用情
12、况4341.4.2 国内的使用情况541.5 镁钙质耐火材料的生产工艺研究5451.5.1 白云石的煅烧5451.5.2 镁钙砖的生产工艺6561.6 镁钙质耐火材料的烧结性能研究761.6.1 影响烧结的因素761.6.2 提高烧结性能的途径7671.7 镁钙质耐火材料的水化特性871.7.1 CaO的水化特性871.7.2 抗水化措施9891.7.3 抗水化评价方法1091.8 立题依据和研究方案1110101.8.1 立题依据1110101.8.2 研究内容1110112 实验部分1311112.1 实验内容1311112.1.1 实验原料1311112.1.2 实验流程1311112.
13、2 实验样品制备1412122.3 性能检测及表征方法1413132.3.1 轻烧白云石熟料活性度的测试1413132.3.2 粒度分析1413132.3.3 体积密度和显气孔率的测定1513132.3.4 抗水化性能的测定1514142.3.5 XRD分析1514143 实验数据与分析1715153.1 轻烧工艺的研究1715153.2球磨工艺的研究1816163.3 消化工艺的研究1917183.3.1 消化加水量对生坯的放置时间的影响1917183.3.2 消化加水量对不同钙含量镁钙砂性能的影响2018193.5 添加剂的研究2320213.5.1 添加锆微粉和锆英石的影响2320213
14、.5.2 添加锆溶胶的影响2421223.6湿法成型的研究2522233.7 XRD分析2522234 实验结论262324参考文献272324致 谢29252629 引言镁钙质耐火材料具有耐高温性、抗渣性、高温真空下的稳定性、净化钢液、耐结构剥落等特点,并且用途广泛,例如用于钢包,可提高其寿命2-3倍,用于水泥窑,可取代镁络质耐火材料。然而,镁钙质耐火材料的难烧结和CaO易水化给生产和应用都带来很大的困难。为了提高镁钙质耐火材料的烧结性能CaO和的抗水化性能,各国研究人员做了大量研究工作。但是始终不能彻底解决材料在反复使用中的水化问题,。为使材料得到广泛应用,必须提高材料的烧结性能和抗水化性
15、能解决氧化钙的水化问题。本文首先系统介绍了镁钙质耐火材料的性质和、应用,整体上了解关于其的应用研究。然后并以河南卫辉白云石为原料,采用二步煅烧法制备镁钙砂,。研究了轻烧、球磨、消化和成型等工艺以及添加剂对镁钙质耐火材料烧结和抗水化性能的影响。并用气孔体密测试对烧结性能进行表征;用煮沸法测量粉化率对抗水化性能进行表征;用XRD对原因进行分析。最后,对所得到数据进行整理分析,得到结论。为制备白云石质耐火制品提供有益参考。引言(Introduction) 基本功能:引入主题内容,提出本论文做了什么研究,主题内容是什么,即what的问题;限定研究的范围,指出本文主题界限,参数范围、研究工作的侧重点等,
16、即where的问题;说明论文目的,指出论文的目的及研究结果,开展该项工作的重要意义和必要性,即why的问题;交待写作安排,指出论文的写作顺序和总体规划,即how的问题。 常以简述研究的背景入手;常以回顾以往的历史展开;常以解决现存的问题承转;常以开展本文的研究落尾。 写作要求(Writing Requirements):开门见山,清楚地点明本研究的内容及目的;简要综述有关文献,以作为背景材料,使读者了解未来研究与过去研究的关系。1 文献综述1.1 研究背景镁钙质耐火材料的开发源于欧洲,可追溯到十九世纪中叶,开始主要是用于碱性氧气转炉,近年来主要应用领域已经转移到炉外精炼炉和不同类型的钢包,已有
17、许多研究成果和专利,特别是近些年,对含CaO的耐火材料的开发受到普遍重视,日本、西欧各国在炉外精炼、连铸大包、中间包等与净化钢水有直接关系的部位,都不同程度地采用了镁白云石、白云石质耐火材料1。我国在MgO-CaO质耐火材料研究方面起步较晚,但发展较快。近些年,我国在精炼纯净钢的钢包、连铸中间包、水泥窑烧成带上进行了合成MgO-CaO质耐火材料的应用研究,取得了一些进展2。但由于存在着难烧结,易水化的问题,MgO-CaO质耐火材料并没能广泛得到应用。首先是难烧结,MgO和CaO具有很高的熔点,他们之间固容量小,不发生固相反应。并且轻烧料中存在母盐假象和团聚现象,也在一定程度上阻碍了烧结。易水化
18、是指CaO和MgO在常温下容易与水发生反应,生成氢氧化物,导致体积膨胀,使材料崩溃,失去性能。CaO和MgO在常温下都会与水反应,并且CaO比MgO更易于反应,在温度低于580时,反应便会自发进行。从晶体结构来看,钙离子半径比镁离子大,对O2-的极化能力弱,被氧略为推出,难以形成紧密堆积,所以CaO在大气中不稳定,容易水化。1.2 烧成镁钙质耐火材料的原料白云石1.2.1 白云石的矿物组成、分类及分布白云石晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。化学成分为CaMgCO32。常有铁、锰等类质同象代替镁。当铁或锰原子数超过镁时,称为铁白云石或锰白云石。三方晶系,晶体呈菱面体,晶面常弯曲成马鞍状,聚片双晶常见,
19、集合体通常呈粒状。纯者为白色,含铁时呈灰色,风化后呈褐色,玻璃光泽。菱面体解理完全,莫氏硬度3.54,比重2.853.2。遇冷稀盐酸时缓慢起泡。海相沉积成因的白云岩常与菱铁矿层、石灰岩层成互层产出,在湖相沉积物中,白云石与石膏、硬石膏、石盐、钾石盐等共生,热液中可直接结晶形成白云石,也可由含镁的热水溶液交代石灰岩或白云质灰岩而形成。白云石是组成白云岩和白云质灰岩的主要矿物成分。白云石是地球上重要的钙镁资源,在我国有极其大的蕴藏量,主要产地在山东(沿海地)、山西、河北和两湖等地。1.2.2 白云石质耐火材料的开发与应用白云石作为碱性耐火材料的重要原料之一,其重要性仅次于菱镁矿。但随着冶金、水泥、
20、陶瓷等工业的发展,耐火材料消耗量的增加,菱镁矿资源趋于枯竭,且运费较高,因此,白云石必将成为主要的碱性耐火材料原料。白云石在 10001100下煅烧生成CaO与MgO的混合物,烧成的CaO与MgO的混合物称作轻烧白云石,它们的活性大,易于水化成Mg(OH)2与Ca(OH)2。如果以轻烧白云石作原料成型为耐火砖,这种砖会吸收水分生成氢氧化物产生体积膨胀,使砖或制件破裂、粉化。为提高提其抗水化性,防止制件的破裂和粉化,将轻烧白云石粉磨成型,在15001600下延长时间进行二次煅烧,或不成型在同样条件下煅烧,这种二次煅烧的CaO与MgO混合物称作死烧白云石。它们结晶程度高,活性小,稳定性也好,因此其
21、抗水化性大有提高3。在晶体结构上,CaO和MgO都是面心立方点阵,Ca2+和Mg2+都处于6个O2-所构成的正八面体空间,它们的配位数都是6。但Mg2+的离子半径(0.072nm)小,正好处于6个O2-离子作最紧密堆积的八面空间,而Ca离子半径(0.098nm)大,它的进入必然要将八面空间扩大,这样就促使O2-离开它们原来的位置,造成CaO的结构比MgO的结构松散些。因此CaO对水的活性大于MgO对水的活性,无论煅烧温度如何提高,时间如何延长,都不能根本解决CaO抗水性差的问题。1.3 镁钙质耐火材料的特点(1)熔点高氧化镁的熔点为2800,氧化钙的熔点2600,并且氧化镁、氧化钙的低共熔点在
22、2400左右。而镁钙质耐火材料的主要成分就是氧化镁、氧化钙。故镁钙质耐火材料的熔点很高。(2)碱度高镁钙质耐火材料的游离氧化钙对炉渣有广泛的适应性,不仅对高碱性渣有较强的耐侵蚀性,而且当精炼初期炉渣碱度低时,游离CaO能优先与炉渣中的SiO2反应,生成高熔点(2130)、高粘性的硅酸二钙保护层附着在炉衬砖工作表面,能堵塞气孔,抑制炉渣向内渗透和减轻炉渣的侵蚀。 (3)耐热剥落CaO具有较好的蠕变特性,弹性率低,高温韧性好。因此,镁钙质耐火材料使用中,应力缓和好,耐热剥落和抗热冲击性强。而且MgO-CaO结合比MgO-MgO结合的两面角大,有利于提高抗炉渣渗透性和抗炉渣侵蚀性。 (4)热力学性质
23、稳定在常见的氧化物中,CaO最稳定,即耐火材料对钢水再供氧的可能性最小。CaO的高温寿命高于MgO、ZrO2 等材料。镁钙质耐火材料比单一的镁质材料在热力学上更为稳定。 (5)净化钢液碱性耐火材料,特别是含CaO高的材料,不仅不增加钢水中的氧含量,而且还有脱硫脱磷作用。镁钙质耐火材料能净化钢液,游离CaO能捕捉钢中Al2O3,SiO2,S和P等非金属夹杂,形成低熔物上浮进入炉渣中,同时可防止水口发生堵塞。有人指出,净化后的钢液可获得低硫含量。日本有人研究后指出,冶炼不锈钢用不烧镁钙砖效果较好。正是由于镁钙系列材料这一特性,使其成为精炼炉的理想炉衬材料,以致世界上出现了MgO-CaO质耐火材料在
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