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轻量耐火材料除了具有较低的热导率,还应具有足够好的的机械性能和抗渣侵蚀性能,与重质耐火材料相比,达到了减小能源的使用的目的。但是,高的闭气孔率的轻量骨料的难制备性阻碍了轻量耐火材料的应用。本论文采用采用氧化镁碳热还原输运氧化结合固相反应烧结法制备了轻量尖晶石质耐火材料。使用SEM、XRD等设备,研究了鳞片石墨的粒度(5.53μm、42.44μm、55.53μm、127.53μm)、炭黑的含量(3.8wt%、4.6wt%、5.8wt%、7.7wt%)、烧成温度(1450℃、1500℃、1550℃)、保温时间(1 h、4 h)、骨料的种类(方镁石、板状刚玉、电熔镁铝尖晶石)对轻量尖晶石质耐火材料结构与性能的影响。以钢渣为渣源,研究了轻量刚玉-尖晶石质耐火材料与重质刚玉-尖晶石质耐火材料的抗渣性。得到以下结论:(1)随着烧成温度升高和保温时间的延长,试样的显气孔率减小,体积密度、常温耐压强度和荷重软化温度升高。鳞片石墨的粒度影响着生坯的堆积密度以及烧结后试样的性能,当鳞片石墨粒度为42.44μm时,试样的性能最优。当烧成温度、保温时间、鳞片石墨粒度分别为1550℃、4 h、42.44μm时,轻量刚玉-尖晶石质耐火材料的显气孔率、体积密度、常温耐压强度和荷重软化温度分别为27.4%、2.68 g/cm~3、63.5 MPa、1641℃。(2)随着炭黑含量的降低,基质中炭黑被氧化镁氧化后留下的孔洞减小,使得试样的显气孔率降低而体积密度、常温耐压强度和荷重软化温度升高。当炭黑含量、烧成温度、保温时间分别为3.8wt%、1550℃、4 h时,轻量刚玉-尖晶石质耐火材料的显气孔率、体积密度、常温耐压强度和荷重软化温度分别为28.4%,2.72 g/cm~3,41.2 MPa,1655.3℃。(3)由于炭黑粒径小,具有高的反应活性,使得试样的基质中产生大的孔洞及微裂纹,导致试样具有低的常温耐压强度。当基质中碳含量相同时,相比较于炭黑,鳞片石墨使得试样具有高的常温耐压强度。(4)骨料影响轻量方镁石-尖晶石、尖晶石-尖晶石及刚玉-尖晶石耐火材料骨料/基质结合界面和性能。轻量方镁石-尖晶石耐火材料骨料/基质界面存在高的残余热应力2047MPa,导致微裂纹的形成。轻量尖晶石-尖晶石和刚玉-尖晶石的骨料/基质得结合界面分别由于扩散烧结和反应烧结所形成。(5)与轻量方镁石-尖晶石、尖晶石-尖晶石质耐火材料相比,由于反应烧结,使得轻量刚玉-尖晶石耐火具有更加稳固得骨料/基质界面结合,同时表现出高的承载能力。(6)轻量刚玉-尖晶石耐火材料的抗渣性能和重质刚玉-尖晶石耐火材料相当。虽然轻量刚玉-尖晶石耐火材料具有高的显气孔率,但由于其表皮比较致密,孔径较小,可以有效的抑制渣对材料的侵蚀。