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耐火砖生产厂家技术专题

如何对镁质耐火砖进行改性

编辑:耐火砖???浏览:???时间:2017-11-09


由试验研究和实用结果都得出,二次精炼装置在使用MgO-Sp砖时,由于砖和熔渣成分长时间接触,当在操作效率低的条件下,MgO-Sp砖易于产生结构剥落而使损毁加快。相反,虽然像在RH真空脱气装置中浸渍管那样,MgO-Sp砖和熔渣成分的接触时间极短,但由于熔渣的碱度(CaO/SiO2比)较高,所以容易与砖的基质中Al2O3成分反应形成低熔点物相(如12CaO•7Al2O3等),也会加快熔损。另外,因为标准MgO-Sp砖的高温强度较低,则会因气流的作用和与钢水产生磨耗流失。

镁质砖

MgO-Sp砖与MgO-Cr2O3砖相比,它的主要不足之处是Al2O3成分向渣中熔入速度较快,其次是当选用高纯合成Sp砂生产MgO-Sp砖时,基质显示较差的烧结组织,而难以获得发达的结合组织,因而在渣熔损较严峻的二次精炼炉,尤其是RH真空脱气装置中使用时一般都难以获得高寿命。

同时,大家还观察到,在一些情况下,MgO-SP砖的高温强度和热稳定性显得相当低。原因可能是晶界范围内所形成的低熔点钙-铝酸盐相的结果。

众所周知,MgO-Sp砖的性能不仅受到生产方法的影响,同时还受到所用原料类型和性状的影响。例如:当选用的镁砂中含CaO达到极限时,即会由于CaO和Al2O3之间在约1200°C时反应形成低熔相铝酸钙(主要是12CaO•7Al2O3)。此外,即使选用镁砂中CaO含量虽未达到极限(即CaO含量较低)来生产MgO-Sp砖,也会在约大于1400℃温度下,使其热性能明显下降。其原因是CaO在方镁石的晶体的不同部位的分布不是相等的,当Al2O3向方镁石晶体的晶界范围扩散就会在那里本来就具有较高CaO浓度的地方与CaO反应生成CA相(12CaO•7Al2O3)和某些共晶体,当它们富集到方镁石表面时,就会在1360℃以上对MgO-Sp砖的高温强度和抗热震性产生明显的副作用。

这样看来,为了提高MgO-Sp砖的耐用性,就必须对它们进行改性。

在MgO-Sp砖中,其基质与镁砂颗粒之间将会出现Al2O3浓度差而导致基质中的Al2O3通过扩散迁移到镁砂颗粒中的方镁石晶界交界处,并与这里的CaO在1200℃以上的温度下反应形成具有共晶体的CaO.Al2O3(主要为12CaO•7Al2O3)。当这些低熔点物质富集在方镁石晶体表面上时,即会在1360℃以上的温度下产生液相,从而明显地降低MgO-Sp砖的高温性能。

Al2O3与CaO的反应可用下式表示:

12CaO+7Al2O3-12CaO·7Al2O3    

表3-2所示,按式(3-1)形成12CaO·7Al2O3,这在热力学上是可能的。

但是,当MgO-Sp砖中加人TiO2微粉时,则可抑制12CaO·7Al2O3的生成,因为

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

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

这一反应过程和形成CaO·TiO2(Tf=1915℃)和2MgO·TiO2(Tf=1960℃)可按下列反应式来完成:

TiO2+CaO=CaO•TiO2        (3-4)

2MgO+TiO2=2MgO•TiO2          (3-5)

通过热力学计算得出:反应式(3-2)、式(3-3)也是可能的,见表3-3

由于Al2O3在MgO中的固溶度很低,1700℃时仅为3%,如图3-8所示,TiO2根本不固溶于MgO中,如图3-9所示。所以在MgO-Sp砖中加人TiO2时,所生成的SpSS和MgO•TiO2SS应是方镁石的晶间相。也就是说,加TiO2的MgO-Sp砖中,尖晶石固溶体会将晶间内的硅酸盐相排挤出去,代之以尖晶石和CaO·TiO2结合,强化MgO-Sp砖的组织结构。

镁质砖相图

另外,加TiO2的MgO-Sp砖中,TiO2会与方镁石晶界处的CaO反应生成高熔点CaO·TiO2(Tf=1925℃),相当于从晶界处的低熔点相中部分地除去CaO使晶界处的物相高熔点化。因此可抑制低熔点的钙铝酸盐生成,并迫使晶界处的硅酸相聚集成团,而显著地促进固相间的直接结合。

通过对加TiO2的MgO-Sp砖的显微结构研究发现,Sp分布在方镁石晶界处,基质中几乎不存在硅酸盐相,方镁石和Sp之间直接结合程度相当发达。与此同时,与Sp共同分布在晶界处的还存在少量的CaO•TiO2(钙钛矿)。

应当注意到:TiO2促进MgO-Sp砖的烧结是通过TiO2广泛分布,强化砖中陶瓷结合,使粒子之间结合牢固,从而明显提高了MgO-Sp砖的高温强度。显然,TiO2在MgO-Sp砖的组织中广泛分布是强化粒子之间结合的重要条件。

为了使少量的TiO2与MgO-Sp砖的基质混合料达到广泛分布,其分散度应满足下述条件:

dc/dg——TiO2和MgO-Sp混合料的密度;

X——TiO2在MgO-Sp混合料中的质量分数。

三元相图



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