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一、制備工藝對(duì)鎂鉻磚性能的影響
生產(chǎn)工藝的不同使得鎂鉻材料的結(jié)構(gòu)存在明顯差異,進(jìn)而影響鎂鉻磚的性能。例如,直接結(jié)合鎂鉻磚熱震穩(wěn)定性好,電熔再結(jié)合鎂鉻磚的抗侵蝕性能強(qiáng),半再結(jié)合鎂鉻磚的性能介于兩者之間。為此,本部分將詳細(xì)討論生產(chǎn)工藝對(duì)鎂鉻磚性能的影響。
1.組織結(jié)構(gòu)性能
不同生產(chǎn)工藝制備的鎂鉻耐火材料的顯氣孔率、體積密度如圖3-5所示。
從圖3-5可知,不同工藝的鎂鉻耐火材料的氣孔率和體積密度差異較大,氣孔率變化規(guī)律如下:硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料(T)>直接結(jié)合鎂鉻耐火材料(C)>半再結(jié)合鎂鉻耐火材料(B)>電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料(D);體積密度則呈相反趨勢。這主要是由工藝不同引起的,質(zhì)鎂鉻磚(電熔再結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚)由于其生產(chǎn)原料純度高、成型壓力高、燒成溫度高,因此制品的結(jié)構(gòu)致密,氣孔率低,體積密度大。由此可見,生產(chǎn)工藝對(duì)耐火材料性能影響很大。
熱態(tài)強(qiáng)度生產(chǎn)工藝對(duì)鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度的影響如圖3-6所示。
從圖3-6中可以看出,不同工藝的鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度變化規(guī)律如下:硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料<直接結(jié)合鎂鉻耐火材料<半再結(jié)合鎂鉻耐火材料<電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料。由于高溫抗折強(qiáng)度主要代表了磚中各礦物的結(jié)合情況,這說明電熔再結(jié)合鎂鉻磚的結(jié)合強(qiáng)度大,因而高溫下其抗侵蝕沖刷能力好。
由于液相在不同晶粒間的滲透能力要低于在相同晶粒間的滲透能力,當(dāng)液相含量固定時(shí),第二固相的出現(xiàn)會(huì)使固-固接觸增加,從而能夠提高磚的高溫強(qiáng)度。在生產(chǎn)電烙再結(jié)合鎂鉻磚或半再結(jié)合鎂鉻磚時(shí),添加預(yù)合成鎂鉻砂為原料,從而提高了第二固相的含量,使磚的高溫強(qiáng)度增大。
從圖3-6中可以看出,不同工藝的鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度變化規(guī)律如下:硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料<直接結(jié)合鎂鉻耐火材料<半再結(jié)合鎂鉻耐火材料<電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料。由于高溫抗折強(qiáng)度主要代表了磚中各礦物的結(jié)合情況,這說明電熔再結(jié)合鎂鉻磚的結(jié)合強(qiáng)度大,因而高溫下其抗侵蝕沖刷能力好。
由于液相在不同晶粒間的滲透能力要低于在相同晶粒間的滲透能力,當(dāng)液相含量固定時(shí),第二固相的出現(xiàn)會(huì)使固-固接觸增加,從而能夠提高磚的高溫強(qiáng)度。在生產(chǎn)電烙再結(jié)合鎂鉻磚或半再結(jié)合鎂鉻磚時(shí),添加預(yù)合成鎂鉻砂為原料,從而提高了第二固相的含量,使磚的高溫強(qiáng)度增大。
2.熱震穩(wěn)定性
采用1100℃,風(fēng)冷1次后的殘存強(qiáng)度百分率比較各種鎂鉻磚的熱震穩(wěn)定性,結(jié)果如圖3-7所示。由圖3-7可知,不同生產(chǎn)工藝鎂鉻磚中普通鎂鉻磚的熱震穩(wěn)定性好,半再結(jié)合鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚次之,電熔再結(jié)合鎂鉻磚差。
3.抗渣性
由于晶間尖晶石是從硅酸鹽液相中析出的,因此少量SiO2的存在對(duì)晶間尖晶石形成有利。但SiO2含量多了,液相量會(huì)顯著増加,從而降低鎂鉻磚高溫強(qiáng)度并有助于外來熔體沿液相渠道的滲入,使侵蝕加劇。CaO含量高了,會(huì)顯著降低出現(xiàn)液相的溫度,對(duì)高溫強(qiáng)度與抗侵蝕不利,特別是在鎂鉻磚中A12O3與Fe2O3含量高時(shí)更為顯著。因此,在制作質(zhì)鎂鉻磚時(shí),應(yīng)盡量選用SiO2、CaO、Fe2O3(FeO)含量低,而Cr2O3、A12O3含量高的鉻礦為原料。
以我國目前實(shí)際使用的普通鎂鉻磚(即硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚)、電熔再結(jié)合鎂鉻磚與共燒結(jié)鎂鉻k18a5f5為試樣,進(jìn)行了抗低冰鎳及抗轉(zhuǎn)爐渣侵蝕的實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表3-1。
二、鉻礦對(duì)鎂鉻磚性能的影響
鉻礦是生產(chǎn)鎂鉻磚的主要原料,因來源的不同,其主要雜質(zhì)含量各異。此外,鉻礦的加入量也會(huì)對(duì)鏷鉻磚的性能產(chǎn)生影響。本部分將主要闡明鉻礦來源及加入量對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響。
1.鉻礦粒度的影響
國產(chǎn)的高鉻礦w(Cr2O3)>53%)雖氧化鐵含量遠(yuǎn)低于南非鉻礦,但二氧化硅含量較高。為此,主要研究了國產(chǎn)高鉻礦的粒度組成對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響,結(jié)果示于圖3-8。由圖3-8可知,制品的耐壓強(qiáng)度隨著鉻礦臨界粒度的減小而提高,高溫抗折強(qiáng)度(1400℃,0.5h)則隨著鉻礦臨界粒度的減小而降低,鉻礦臨界粒度為1.5mm時(shí),熱震穩(wěn)定性出現(xiàn)峰值。
2.鉻礦加入量的影響
將電熔鎂砂與南非鉻礦按照不同的比例配制成Cr2O3含量不同的直接結(jié)合鎂鉻試樣,在1740℃的高溫隨道窯中燒成,所用電熔鎂砂、南非鉻礦以及鎂鉻試樣的化學(xué)成分見表3-2。
南非鉻礦對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響分別示于圖3-9~圖3-11。
由圖3-10~圖3-11可知,隨著鉻礦含量的增加,直接結(jié)合鎂鉻試樣的顯氣孔率降低、體積密度增加、熱震穩(wěn)定性提高。光學(xué)顯微鏡、SEM和EDAX分析表明,高溫煅燒之后,南非鉻礦中的絕大多數(shù)氧化鐵均進(jìn)人方鎂石相中,形成(MgO、FeO)固溶體或鐵酸鎂二次尖晶石。在前面分析中曾提到,形成(Mg,Fe)O時(shí)體積收縮20%,而且在有CaO存在下,在1500℃就已有液相出現(xiàn),促使致密燒結(jié),這就是南非礦使燒結(jié)合成料體積密度增加,氣孔率下降的原因之一。
EDAX分析鎂富氏體相成分可知:各倍半氧化物在方鎂石的固溶量次序?yàn)椋篎e2O3>Cr2O3>Al2O3,雖也有一定量氧化鎂通過擴(kuò)散進(jìn)入鉻鐵尖晶石中,但比較而言,鉻鐵尖晶石中的倍半氧化物(尤其是Fe203)進(jìn)人方鎂石中的量大于氧化鎂進(jìn)入鉻鐵復(fù)合尖晶石中的量。故經(jīng)高溫煅燒后,鎂砂與鉻礦的成分均發(fā)生變化,方鎂石中形成了較多的二次尖晶石,其典型成分(EDAX分析,質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:MgO 75.90%,Al2O3 3.21%,F(xiàn)e2O3 15.49%,Cr2O3 5.42%。鉻礦顆粒的成分變化也較大,鉻礦顆粒的典型化學(xué)成分為(直接結(jié)合的邊界);MgO 21.69%,Cr2O3 47.35%,A12O3 12.31%,F(xiàn)e2O3 12.73%,故該直接結(jié)合鎂鉻材料的直接結(jié)合程度高。所以隨著鉻礦含量的增加,顯著地改善了鎂鉻試樣的物理性能。
直接結(jié)合鎂鉻磚抗有色冶煉介質(zhì)侵蝕性能與鉻礦含量的關(guān)系示于圖3-12。
隨著試樣中Cr203含量的增加,其抗有色冶煉介質(zhì)的侵蝕能力明顯增加,抗侵蝕和抗?jié)B透能力。
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