納米三氧化二鋁（VK-L30）在耐火材料里的應用

時間：2020-01-05

納米三氧化二鋁（VK-L30）在耐火材料里的應用

1, 納米復合剛玉磚及鉻磚

采用一定的混合工藝，將少量的納米粉添加到配料組成系統(tǒng)中。如在剛玉磚的配料中加入少量納米氧化鋁（VK-L30，30納米，**）和納米二氧化硅（VK-SP30）,在鉻磚的配料中加入納米三氧化二鐵，均可以明顯地提高試樣的力學性能指標。

納米二氧化硅（VK-SP30）復合剛玉磚抗折強度和耐壓強度的實驗測試結果表明。納米二氧化硅的加入，可大幅度地提高試樣的力學性能，特別是加入適量的1%-2%時，經(jīng)1450,1550℃燒成的試樣，其強度與沒加納米材料的相比增加了1.5~2.0倍，如以無納米粉的試樣和加入2%納米二氧化硅（VK-SP30）時的試樣相比，耐壓強度則分別從15.8, 60.5MPa上升到170.4,179.6MPa。

經(jīng)1700℃×3h處理后的試樣斷口SEM照片，可看出，MgO-Cr2O3質(zhì)耐火材料中加入納米氧化鐵后顯微結構發(fā)生了很大變化。

2，納米復合材料Al2O3-SiC-C澆注料

Al2O3-SiC-C澆注料因其優(yōu)良的性能在鐵鉤中得到穩(wěn)定、廣泛的應用。為了進一步提高Al2O3-SiC-C澆注料的高耐溫性能，特別是高溫力學強度，用凝膠粉替代純鋁酸鈣水泥較為結合劑，它的引入可明顯地降低Sialon的生成溫度，并能促進β-Sialon相的生成。因此，納米Al2O3-SiO2凝膠粉復合的Al2O3-SiC-C耐火澆注料具有高的高溫抗折強度（1400℃×0.5h）。

添加凝膠粉后，納米復合Al2O3-SiC-C澆注料中Sialon的生成溫度降低，中溫1100℃已發(fā)現(xiàn)β-Sialon，而采用水泥結合的Al2O3-SiC-C澆注料，在1100℃時只出現(xiàn)Si2N2O過渡相。

這類納米復合Al2O3-SiC-C耐火澆注料已完成在國內(nèi)某鋼廠2號高爐內(nèi)（1536m³）主溝（包括砂口）上的工業(yè)試驗。在不修補的情況下一次性通鐵量達到15.79t，**過同類非納米復合Al2O3-SiC-C澆注料12t的水平，目前正在國內(nèi)其他鐵廠高爐溝上推廣應用。

3， ZrO2/ZrO2復合及Cr2O3/MgO-Cr2O3復合耐火材料

ZrO2質(zhì)定徑口擴徑**率決定著小方坯連鑄的壽命。分析表明，擴徑的主要原因是制品強度低，氣孔大，因此采用納米技術降低ZrO2質(zhì)定徑水口的氣孔，有望能提高其使用性能。

納米二氧化（VK-R30Y3，30納米，99.9%）復合后的ZrO2定徑水口坯體，經(jīng)1500℃×6h燒成后與納米復合前的ZrO2定徑水口經(jīng)1800℃×6h燒成后的體積密度和顯氣孔率相同，且納米復合后試樣經(jīng)800℃×6h燒成后，其中的顯氣孔率從19%降到11%。其孔徑和孔容均變小，多數(shù)集中在10nm.可見，納米氧化（VK-R30Y3）主要充填于氣孔中起著充填作用并促成燒結。

MgO-Cr2O3質(zhì)耐火材料的燒結機理為蒸發(fā)-凝結過程，由于Cr2O3在高溫燒結條件下存在著易蒸發(fā)性及高的蒸發(fā)速率，因此一般的鉻質(zhì)耐火材料均存在顯氣孔率高、孔徑大、體積密度低等缺點，從而影響著其抗熔渣的侵蝕性能。

納米技術對降低鉻質(zhì)耐火材料的顯氣孔率、提高其體積密度有利（見圖9），從而有望能提高處理后的鉻磚的抗渣性能。從顯微結構上看，不管經(jīng)多少溫度處理，用MgO-Cr2O3溶膠處理后的孔周圍均形成了一層致密的MgO-Cr2O3質(zhì)沉積層。

4，包覆納米氧化物薄膜石墨

碳具有不易被鋼水和熔渣所濕潤以及高的導熱性能等特征，加入到以氧化物為主的澆注料中能使其性能得到大大的改善，因此，目前含碳澆注料的研究和開發(fā)已成為耐火材料行業(yè)中的一個熱點。由于水對石墨表面的不濕潤性，使石墨在澆注料中難于分解，影響澆注料的流動性，這已成為妨礙含碳澆注料進一步發(fā)展及應用的首要問題。

為對石墨表面進行改性處理，通過各種無機鹽的水解，在**鱗片石墨表面包覆納米氧化物薄膜。

各種氧化物納米薄膜包覆的石墨經(jīng)500℃處理后，其表面包覆的氧化物均以無定形的方式存在，包覆于石墨表面的氧化物與石墨形成了C-O-M(M代表金屬)鍵，具有化學吸附的特征。石墨經(jīng)納米氧化物包覆后顆粒形狀發(fā)生了變化，其平均粒度增加，表面分數(shù)維數(shù)增加。圖11（a）為未包覆的石墨，圖11（b）為三氧化二鋁包覆石墨，圖11（c）為三氧化二鉻包覆石墨，圖11（d）為二氧化鈦包覆石墨，圖11（e）為二氧化包覆石墨。

納米氧化物包覆石墨與水的濕潤角相對于未處理石墨都大大地降低，包覆三氧化二鋁的石墨表現(xiàn)出較為良好的親水型，分散穩(wěn)定性能高。

另外，包覆納米三氧化二鋁（VK-L30）的石墨的氧化反應表觀活性能提高，抗氧化能力增強。石墨表面包覆二氧化鈦對抗氧化性無大的改善，包覆納米二氧化和三氧化二鉻的石墨的抗氧化能力降低，這是二氧化和三氧化二鉻對碳-氧反應的催化作用造成的。

采用納米技術能制備性能較優(yōu)的耐火材料。納米粉體確實對耐火材料的性能有明顯的提升作用。

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