碱性耐火素材.pptx
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1、广义尖晶石化学通式:AOR2O3(AR2O4)点阵间隔:MgAl2O4 MgCr2O4 MgFe2O425-900镁铬尖晶石镁铬尖晶石镁铁尖晶石镁铁尖晶石镁铝尖晶石镁铝尖晶石热膨胀系数热膨胀系数10-6,15.7-8.5512.7-12.87.6第1页/共72页2)根据结合方式分:普通结合镁铬砖 直接结合镁铬砖 再结合/半再结合/共烧结镁铬砖 化学结合镁铬砖 熔铸镁铬砖3 主要应用 水泥回转窑 玻璃窑蓄热室 精炼炉(RH炉,VOD炉,AOD炉)有色冶金炉 石灰窑 混铁炉第2页/共72页 1 定义:由含铬的颗粒和脉石矿物组成。2 主要组成:(FeMg)O(CrAl)2O3 一、铬铁矿(Chrom
2、ite)镁铬质耐火原料镁铬质耐火原料 第3页/共72页脉石(杂质矿物):镁的硅酸盐,如蛇纹石(3MgO2SiO22H2O)、叶状蛇纹石、橄榄石和镁橄榄石等。一般M/S摩尔比2,主要以蛇纹石为主。铬铁矿化学成分变化很大:Cr2O3 1862%Al2O3 033%Fe2O3 230%MgO 616%FeO 018%第4页/共72页 立方晶系,呈黑褐色,密度4.04.8g/cm3 熔点19002050,莫氏硬度5.57.5 呈中性,抗酸性和碱性渣侵蚀 体积稳定,加热到1750而不收缩 高温强度大3 基本性质 可直接用做耐火材料(引流砂、“过渡料”)第5页/共72页二、镁铬砂(MgO-Cr2O3-Al
3、2O3-FeO-Fe2O3)铬矿(Mg、Fe)O (Cr、Al、Fe)2O3合成:原料:菱镁矿(镁砂)、铬矿、铬绿(Cr2O3)方法:电熔法、烧结法物相:方镁石(MgO)镁铬尖晶石 (Mg、Fe)O(Cr、Al、Fe)2O3 品位:Cr2O3含量、杂质、体积密度、显微结构第6页/共72页一、普通镁铬砖 (Common magnesite-chrome brick)烧结镁砂铬铁矿普通镁铬砖(镁铬砖)镁铬质耐火制品镁铬质耐火制品 1、组成选择第7页/共72页含蛇纹石型,一般加入氧化镁,使熔点较低的蛇纹石变为高熔点的镁橄榄石。3MgO2SiO22H2O+MgO22MgOSiO2+2H2O (FenM
4、gm)O(CrAl)2O3+MgO(Fen-1Mgm+1)O(CrAl)2O3+FeO-氧化气氛下,过剩的氧化镁 2 FeO+1/2 O2Fe2O3 Fe2O3+MgOMgOFe2O32、生产工艺原理体积膨胀第8页/共72页1)如何减轻加入MgO后引起的体积膨胀?铬矿作粗颗粒 MgO作细粉 2)铬矿和镁砂比例的影响:1 1,或铬矿临界颗粒或粗颗粒量,抗热震性最好 铬矿,抗铁氧化物能力 镁砂,或镁砂与部分铬矿共磨,抗渣性第9页/共72页 3)铬矿和镁砂加入量的确定 铬矿加入量 2100时,MgO可固溶将近40%Cr2O3;1700时,MgO可固溶14%Cr2O3。理论上,为保证1700时有二个固
5、相,Cr2O3应大于14%。第10页/共72页 镁砂加入量 同时考虑蛇纹石和铬矿消耗的MgO 蛇纹石:M3S2H2 MS+MM2S 铬矿:FeO+O2Fe2O3+MgOMF氧化气氛烧成3、烧成过程中制品显微结构变化特征15001600:铬矿周边部分硅酸盐离开移入基质,使基质方镁石颗粒外的硅酸盐薄膜变厚,大颗粒铬矿颗粒周围形成裂隙;第11页/共72页3、显微结构变化特征 1700:方镁石方镁石和方镁石尖晶石直接结合程度,硅酸盐被挤向方镁石晶粒孔隙中,形成“孤岛”。1700烧成,液相量,烧结,制品收缩变形。普通镁铬砖烧成温度 155016004、主要性能 荷重软化温度 1550 高温体积稳定性好
6、抗热震性镁砖第12页/共72页思考:如何进一步提高普通镁铬砖的性能(抗热震性,抗渣渗透性,高温力学性能)?第13页/共72页二、直接结合镁铬砖1、定 义杂质含量较低的铬矿较纯的镁砂1700烧成结合方式特点:-普通铬镁砖和镁铬砖:陶瓷结合(镁橄榄石基质+硅酸盐包裹铬矿颗粒)-直接结合铬镁砖和镁铬砖:方镁石-尖晶石,方镁石-方镁石,少量硅酸盐呈孤岛状存在。第14页/共72页二、直接结合镁铬砖根据不同的需要和用途,有时可选用12种镁砂和12种铬矿进行配料生产。水泥窑(镁砂细粉和部分颗粒,铬矿颗粒,Cr2O3314)冶金炉衬(Cr2O3尽可能高,20,镁砂和铬矿 共磨)抗渣性好 荷重软化温度 1650
7、 抗热震性优良性能特点:性能特点:第15页/共72页2、直接结合方式的形成条件 高纯镁砂+铬铁矿精矿,SiO22%,一般C/S 0.93 减少硅酸盐相(特别是低熔点硅酸盐相)添加微粉 烧成温度1750次生尖晶石 控制冷却速度晶间尖晶石(有时还有晶内尖晶 石)提高Cr2O3加入数量尖晶石数量、硅酸盐相粘度 硅酸盐呈孤岛状体积膨胀预合成镁铬尖晶石第16页/共72页铬矿颗粒与周边方镁石紧密接触的“直接结合”(500,油浸物镜)第17页/共72页3、直接结合镁铬砖的性能 第18页/共72页第19页/共72页第20页/共72页第21页/共72页第22页/共72页未浸渍前未浸渍前浸渍后浸渍后11024h热
8、处理热处理浸渍后浸渍后8003h热处理热处理浸渍后浸渍后15503h热处理热处理图图10 浸渍前后直接结合镁铬砖的断口形貌浸渍前后直接结合镁铬砖的断口形貌Fig.10 Fracture microstructures of direct bonded magnesite-chrome brick 第23页/共72页性性 能能普通普通镁铬砖镁铬砖直接结合直接结合镁铬砖镁铬砖半再结合半再结合镁铬砖镁铬砖再结合再结合镁铬砖镁铬砖镁铬合成砂镁铬合成砂不加不加少加或不加少加或不加加入较多加入较多很多至很多至100显气孔率显气孔率高高中等中等较低较低很低很低体积密度体积密度低低中等中等较高较高很高很高高温
9、强度高温强度低低中等中等较高较高很高很高抗蚀性抗蚀性一般一般较好较好很好很好最好最好抗热震性抗热震性好好好好好好较差较差几种烧成镁铬砖的性能比较第24页/共72页2Cr()2O3+3O2+4K2O4K2Cr()O42Cr()2O3+3O2+4Na2O4Na2Cr()O4K2(SO4)x(Cr()O4)y 或Na2(SO4)x(Cr()O4)y镁铬砖的六价铬污染及对策影响因素:碱性介质、较高的氧压、适宜的温度。第25页/共72页稳定存在的氧化物:Cr2O3和CrO3,其中,Cr2O3是重要的耐火材料组分。不稳定的化合物:Cr3O、CrO(t熔=1723)Cr3O4、CrO2(t分解=477)Cr
10、5O12(t分解=547)Cr2O5(t分解=380)Cr8O21(t分解=367)CrO2.9(t分解=237277)不是耐火材料组分依氧分压和温度的不同,可转变成Cr2O3和CrO3。Cr-O系统 第26页/共72页 原料(破粉碎、加铬绿配料、混合、成型)结合剂 烧成时氧分压(空气过剩系数过大,Cr6+)使用过程中形成六价铬 开发无铬碱性砖 MgO-Al2O3系砖(包括MgO-FeO-Al2O3砖)MgO-CaO系砖 MgO-SiO2系砖 MgO-ZrO2系砖抑制六价铬污染的途径:第27页/共72页镁锆砖 材料设计思路第28页/共72页 复相结构微裂纹 MgO稳定ZrO2 少量ZrO2固溶
11、,促进MgO烧结 大量ZrO2存在,ZrO2团聚体,阻碍MgO 晶界迁移(“钉扎效应”)ZrO2引入,材料 第29页/共72页 ZrO2引入方式 直接加入法 预合成法 表面涂覆法镁砂颗粒表面 涂覆ZrO2层 电熔法或烧结法合成MgO-ZrO2砂工业ZrO2、斜锆石、脱硅锆、锆英石第30页/共72页 镁锆砖性能特点 高温强度较高(直接结合,复相)抗热震性优于白云石砖及镁白云石砖,但不如 镁尖晶石砖。挂窑皮性不如含ZrO2白云石砖、镁白云石砖。第31页/共72页6.4 镁铝尖晶石质耐火材料定义:MgO、Al2O3应用:大型水泥回转窑 玻璃窑蓄热室 石灰窑 电炉炉顶 炉外精炼炉 钢包 连铸功能材料
12、第32页/共72页提高镁质耐火材料的:提高镁质耐火材料的:抗渗透抗渗透 抗热震性抗热震性 高温下双固相高温下双固相 增加增加MA量量砖中砖中Al2O3可控制在可控制在c d 区域内。区域内。A-B截面图截面图 镁铝砖化学组成的选择第33页/共72页中国:上世纪50年代 镁铝砖或原位反应方镁石-尖晶石砖(Al2O3含量10%)上世纪80年代 铝矾土和菱镁矿/轻烧镁粉合成镁铝尖晶石原料 方镁石尖晶石砖 上世纪90年代 矾土尖晶石材料 刚玉尖晶石材料发展历史:第34页/共72页前苏联:上世纪40年代 开始研究,但至1964年才有产品开发。日本:1976年开始在水泥工业中使用镁铝尖晶石砖 90年前后刚
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