炼镁还原罐用外衬材料结构与性能的研究

论文摘要

自从20世纪30年代人们成功开发热还原法炼镁技术以来,硅热还原法以其投资省、建厂快、产品质量好的特点与优势至今仍是最重要的炼镁方法。长期以来,人们以延长使用生命、降低生产成本为目标,对炼镁还原罐制造技术进行了广泛的研究。为了延长炼镁还原罐的使用寿命,本课题采用复合材料制罐与涂层材料技术两个方面来研究。复合材料制罐技术是拟在离心法铸造还原罐时引入SiC质外衬材料保护层。采用SiC和亚白刚玉为主要原料,酚醛树脂粉为结合剂,添加合适的外加剂,经混合、成型、固化后分别在1300℃、1400℃、1500℃保温3h烧成,研究外加剂的种类及加入量对其烧结及抗氧化性能的影响。结果表明:随着酚醛树脂粉加入量的增加,强度逐渐增加。在酚醛树脂分解温度之前,随着温度的升高,强度增加,但是酚醛树脂开始分解后,其强度开始下降。考虑到制品性能及生产成本问题,酚醛树脂的加入量为5%左右,固化温度在220～250℃之间。采用1300℃×3h处理时,加入4wB%左右的硼砂或3wB%左右的萤石都能够较好地促进该材料的烧结;采用1400℃×3h处理时,加入2wB%左右的硼砂或2wB%左右的萤石都能够较好地促进该材料的烧结,提高材料的常温物理性能;采用1500℃×3h处理时,加入2wB%左右的硼砂或1wB%左右的萤石都能够较好地促进该材料的烧结;加入硼砂或者萤石都能提高试样的抗氧化能力,但加入萤石的试样的抗氧化能力明显优于加入硼砂的试样;在1400℃时,加入2wB%左右的萤石时,材料的抗氧化性能和烧结性能均较优。涂层材料技术是拟在铸造好的炼镁还原罐的表面涂敷一层耐高温抗氧化涂层材料。采用硅藻土和石英粉为溶质,水玻璃或者硅溶胶为溶剂。研究结果表明:用钠水玻璃做熔剂的涂料,粘结性能好,在1100℃×1h和1200℃×2h烧成后,表面均生成一层釉层,具有抗氧化的作用;而用硅溶胶做熔剂的涂料,流动性很大,粘结性能差,不易在还原罐上面涂敷,且在1100℃×1h烧成后,表面没有釉层的生成;增加硅藻土和钠水玻璃的加入量,有利于提高涂层的结合强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 制镁的方法及发展
• 1.2 皮江法炼镁工艺原理
• 1.3 皮江法炼镁用还原罐的使用及其失效原因
• 1.4 还原罐的材质选择
• 1.5 高温抗氧化涂料的发展
• 1.5.1 高温抗氧化涂层诞生的必然性
• 1.5.2 高温氧化涂层概述
• 1.6 还原罐无机涂层材料的选择
• 1.6.1 氧化铝陶瓷的研究进展
• 1.6.2 碳化硅陶瓷的研究进展
• 2O₃-SiC 陶瓷的研究现状'>1.6.3 Al₂O₃-SiC 陶瓷的研究现状
• 1.7 SiC 的氧化及腐蚀机理
• 1.7.1 钝性氧化
• 1.7.2 活性氧化和腐蚀
• 1.8 复合材料还原罐中急需解决的问题
• 1.9 研究意义
• 第二章 结合剂的加入量及烘烤温度对材料性能的影响
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验方案
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 试样的制备工艺流程
• 2.3.2 检测方法
• 2.4 实验结果分析与讨论
• 2.4.1 不同烘烤温度下结合剂的加入量对试样性能的影响
• 2.4.2 结果分析
• 第三章 萤石的加入量及烧成温度对SiC 质材料烧结性能的影响
• 3.1 实验方案及过程
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 常温物理性能分析
• 3.2.2 XRD 分析
• 3.2.3 SEM 分析
• 3.2.4 热震分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 硼砂的加入量及烧成温度对SiC 质材料烧结性能的影响
• 4.1 实验方案及过程
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 常温物理性能分析
• 4.2.2 XRD 分析
• 4.2.3 SEM 分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 SiC 质材料抗氧化性能的研究
• 5.1 实验过程
• 5.2 实验结果分析与讨论
• 5.2.1 经1400℃×3h 处理后的截面氧化情况
• 5.2.2 萤石的加入量对试样抗氧化性能的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 硅藻土质涂层材料的研究
• 6.1 实验方案及原料
• 6.2 实验过程及结果分析
• 6.2.1 不同配比的试样高温烧成后的性能变化
• 6.2.2 不同配比的试样烘烤后的结合强度
• 6.2.3 XRD 分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 实验总结
• 参考文献
• 附录在攻读硕士期间公开发表的论文
• 致谢