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耐火磚生產廠家技術專題

如何對鎂質耐火磚進行改性

編輯:耐火磚???瀏覽:???時間:2017-11-09


由試驗研究和實用結果都得出,二次精煉裝置在使用MgO-Sp磚時,由于磚和熔渣成分長時間接觸,當在操作效率低的條件下,MgO-Sp磚易于產生結構剝落而使損毀加快。相反,雖然像在RH真空脫氣裝置中浸漬管那樣,MgO-Sp磚和熔渣成分的接觸時間極短,但由于熔渣的堿度(CaO/SiO2比)較高,所以容易與磚的基質中Al2O3成分反應形成低熔點物相(如12CaO•7Al2O3等),也會加快熔損。另外,因為標準MgO-Sp磚的高溫強度較低,則會因氣流的作用和與鋼水產生磨耗流失。

鎂質磚

MgO-Sp磚與MgO-Cr2O3磚相比,它的主要不足之處是Al2O3成分向渣中熔入速度較快,其次是當選用高純合成Sp砂生產MgO-Sp磚時,基質顯示較差的燒結組織,而難以獲得發達的結合組織,因而在渣熔損較嚴峻的二次精煉爐,尤其是RH真空脫氣裝置中使用時一般都難以獲得高壽命。

同時,我們還觀察到,在一些情況下,MgO-SP磚的高溫強度和熱穩定性顯得相當低。原因可能是晶界范圍內所形成的低熔點鈣-鋁酸鹽相的結果。

眾所周知,MgO-Sp磚的性能不僅受到生產方法的影響,同時還受到所用原料類型和性狀的影響。例如:當選用的鎂砂中含CaO達到極限時,即會由于CaO和Al2O3之間在約1200°C時反應形成低熔相鋁酸鈣(主要是12CaO•7Al2O3)。此外,即使選用鎂砂中CaO含量雖未達到極限(即CaO含量較低)來生產MgO-Sp磚,也會在約大于1400℃溫度下,使其熱性能明顯下降。其原因是CaO在方鎂石的晶體的不同部位的分布不是相等的,當Al2O3向方鎂石晶體的晶界范圍擴散就會在那里本來就具有較高CaO濃度的地方與CaO反應生成CA相(12CaO•7Al2O3)和某些共晶體,當它們富集到方鎂石表面時,就會在1360℃以上對MgO-Sp磚的高溫強度和抗熱震性產生明顯的副作用。

這樣看來,為了提高MgO-Sp磚的耐用性,就必須對它們進行改性。

在MgO-Sp磚中,其基質與鎂砂顆粒之間將會出現Al2O3濃度差而導致基質中的Al2O3通過擴散遷移到鎂砂顆粒中的方鎂石晶界交界處,并與這里的CaO在1200℃以上的溫度下反應形成具有共晶體的CaO.Al2O3(主要為12CaO•7Al2O3)。當這些低熔點物質富集在方鎂石晶體表面上時,即會在1360℃以上的溫度下產生液相,從而明顯地降低MgO-Sp磚的高溫性能。

Al2O3與CaO的反應可用下式表示:

12CaO+7Al2O3-12CaO·7Al2O3    

表3-2所示,按式(3-1)形成12CaO·7Al2O3,這在熱力學上是可能的。

但是,當MgO-Sp磚中加人TiO2微粉時,則可抑制12CaO·7Al2O3的生成,因為

12CaO•7Al2O3+12TiO2=12(CaO·TiO2)+7Al2O3(3-2)

12CaO·7Al2O3+12(2MgO•TiO2)=12(CaO•TiO2)+7(MgO·Al2O3)+17MgO(3-3)

這一反應過程和形成CaO·TiO2(Tf=1915℃)和2MgO·TiO2(Tf=1960℃)可按下列反應式來完成:

TiO2+CaO=CaO•TiO2        (3-4)

2MgO+TiO2=2MgO•TiO2          (3-5)

通過熱力學計算得出:反應式(3-2)、式(3-3)也是可能的,見表3-3

由于Al2O3在MgO中的固溶度很低,1700℃時僅為3%,如圖3-8所示,TiO2根本不固溶于MgO中,如圖3-9所示。所以在MgO-Sp磚中加人TiO2時,所生成的SpSS和MgO•TiO2SS應是方鎂石的晶間相。也就是說,加TiO2的MgO-Sp磚中,尖晶石固溶體會將晶間內的硅酸鹽相排擠出去,代之以尖晶石和CaO·TiO2結合,強化MgO-Sp磚的組織結構。

鎂質磚相圖

另外,加TiO2的MgO-Sp磚中,TiO2會與方鎂石晶界處的CaO反應生成高熔點CaO·TiO2(Tf=1925℃),相當于從晶界處的低熔點相中部分地除去CaO使晶界處的物相高熔點化。因此可抑制低熔點的鈣鋁酸鹽生成,并迫使晶界處的硅酸相聚集成團,而顯著地促進固相間的直接結合。

通過對加TiO2的MgO-Sp磚的顯微結構研究發現,Sp分布在方鎂石晶界處,基質中幾乎不存在硅酸鹽相,方鎂石和Sp之間直接結合程度相當發達。與此同時,與Sp共同分布在晶界處的還存在少量的CaO•TiO2(鈣鈦礦)。

應當注意到:TiO2促進MgO-Sp磚的燒結是通過TiO2廣泛分布,強化磚中陶瓷結合,使粒子之間結合牢固,從而明顯提高了MgO-Sp磚的高溫強度。顯然,TiO2在MgO-Sp磚的組織中廣泛分布是強化粒子之間結合的重要條件。

為了使少量的TiO2與MgO-Sp磚的基質混合料達到廣泛分布,其分散度應滿足下述條件:

dc/dg——TiO2和MgO-Sp混合料的密度;

X——TiO2在MgO-Sp混合料中的質量分數。

三元相圖



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