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鎂鉻磚性能受哪些影響，以及損壞機(jī)理介紹
發(fā)布時(shí)間：2021/11/24 17:10:34 點(diǎn)擊率： 來(lái)源:高鋁磚廠家 作者：榮盛耐材
以燒結(jié)鎂(MGO含量89%-92%)和耐火鉻，將其混煉、高壓、干燥于1550-1600℃燒制而成的鎂鉻磚為主要原料。普通鎂鉻磚由于雜質(zhì)含量高，且耐火晶粒間有硅酸鹽結(jié)合，因此燒成的鎂鉻磚也稱(chēng)為硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚，簡(jiǎn)稱(chēng)鎂鉻磚。生產(chǎn)鎂鉻磚的主要原料是燒結(jié)鎂和鉻鐵礦。對(duì)鎂的原料純度應(yīng)盡量提高，鉻鐵礦化學(xué)成分要求為：Cr2O3:30~45%,CaO：≤1.0~1.5%。
鉻礦對(duì)鎂鉻磚性能的影響
鉻礦石是生產(chǎn)鎂鉻磚的主要原料，由于產(chǎn)地的不同，其中主要雜質(zhì)含量不一。另外，鉻礦中加入鉻元素也會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生影響。這部分主要闡述了鉻的來(lái)源和添加量對(duì)直接粘結(jié)鎂鉻磚性能的影響。
1.鉻礦粒大小的影響。
我國(guó)高鉻礦(Cr2O3)>53%)雖然氧化鐵含量比南非鉻礦石低得多，但其二氧化硅含量較高。因此，重點(diǎn)研究了國(guó)產(chǎn)高鉻礦石的粒度組成對(duì)直接鎂鉻磚性能的影響，產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度隨鉻臨界粒度的降低而增大，當(dāng)鉻礦石臨界粒度減小時(shí)，高溫抗折強(qiáng)度(1400℃，0.5h)下降，當(dāng)鉻礦石臨界粒度達(dá)到1.5mm時(shí)，熱穩(wěn)定性達(dá)到峰值。
2.鉻礦添加量的影響。
采用不同比例和Cr2O3直接結(jié)合鎂鉻試樣，采用1740℃高溫隨道窯燒成，用Cr2O3按不同比例直接燒結(jié)鎂鉻試樣。
結(jié)果表明，直合鎂鉻試樣的顯氣孔減小，體積密度增大，熱沖擊穩(wěn)定性提高。光鏡、SEM、EDAX等分析結(jié)果表明，南非鉻礦中大部分氧化鐵在高溫鍛燒后進(jìn)入人方鎂石相，形成(MgO,FeO)固溶體或鐵酸鎂二次尖晶石。之前的分析已經(jīng)提到了生成(Mg,Fe)O時(shí)體積收縮了20%，并且在存在碳?xì)浯嬖诘那闆r下，在1500℃已經(jīng)出現(xiàn)了液相，促使了致密燒結(jié)，這是南非礦使燒結(jié)合成料體積密度增加，氣孔減少的原因之一。
EDAX分析鎂富氏體相組成可知：方鎂石中各倍半氧化物的固溶量順序?yàn)椋篎e2O3>Cr2O3>Al2O3，雖然也有一定數(shù)量的氧化鎂通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入鉻鐵尖晶石，但與之相比，鉻鐵尖晶石中的倍半氧化物(特別是Fe203)進(jìn)人方鎂石中的含量大于氧化鎂進(jìn)入鉻鐵復(fù)合尖晶石的量。因此，經(jīng)過(guò)高溫鍛燒后，鎂砂和鉻礦石的組成都發(fā)生了變化，在方鎂石中形成了較多的二次尖晶石，其典型成分為：MgO(EDAX分析，質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
Al2O33.21%,Fe2O315.49%,Cr2O3含量為75.90%。
5.42%。鉻礦粒的組成也有很大差異，其中鉻顆粒的典型化學(xué)成分是(直接結(jié)合邊界)、MgO21.69%、Cr2O347.35%和A12O3。
12.31%,Fe2O312.73%，故該化合物具有很高的直接結(jié)合鎂鉻材料。因此隨鉻含量的增加，鎂鉻試樣的物理性能得到明顯改善。
隨樣品Cr203含量的增加，熔融耐蝕性能顯著提高，熔融介質(zhì)的耐蝕性能提高。
鎂鉻磚種類(lèi)
主要晶相為方鎂石和鎂鉻尖晶石。根據(jù)生產(chǎn)工藝不同分為普通鎂鉻磚、直接與鎂鉻磚結(jié)合、(半結(jié)合)鎂鉻磚、化學(xué)結(jié)合鎂鉻磚和溶鑄鎂鉻磚。
鑄造鎂鉻磚的熱工性能
熔鑄鎂鉻磚一般認(rèn)為耐熱沖擊性能較差，在設(shè)計(jì)、施工、烘爐、熱工制度等方面存在一定問(wèn)題，因此，本文就鎂鉻磚的熱工性能做一些對(duì)比，以同一種等級(jí)燒成直接結(jié)合鎂鉻磚。
1.耐高溫沖擊。
將熔鑄的鎂鉻磚直接燒成與鎂鉻磚相結(jié)合，切割成30mm×30mm。
*120mm樣棒，快速放入1100℃爐內(nèi)，如此反復(fù)3次，兩個(gè)樣棒都不會(huì)破裂，以測(cè)定其抗折強(qiáng)度。
2.反復(fù)加熱測(cè)試。
把熔鑄鎂鉻磚，燒成直接與鎂鉻磚接合成30mm×30mm×120mm樣棒(共3組)同時(shí)置入爐內(nèi)加熱，2h內(nèi)升溫至1300℃，在爐膛中保溫2h，試件在20h內(nèi)冷卻至室溫，重復(fù)加熱至1300℃，如此反復(fù)6次，以測(cè)定樣品在每次重復(fù)加熱后的抗折強(qiáng)度。
重?zé)螖?shù)與鎂鉻磚直接粘合時(shí)抗折強(qiáng)度的關(guān)系。
將熔鑄鎂鉻磚與燒結(jié)鎂鉻磚直接燒制后，再燒性能進(jìn)行對(duì)比，可得出以下結(jié)論：采用熔鑄鎂鉻磚與連鑄鎂鉻磚，其熱工性能基本相當(dāng)于燒成鎂鉻磚。
產(chǎn)品用途
鎂鉻磚主要用于冶金工業(yè)，如建造平爐頂、電爐爐頂、爐外精煉爐及多種有色金屬冶煉爐。用熔鑄鎂鉻磚、爐外精煉爐高侵蝕區(qū)域用合成料制作的高熱蝕區(qū)，以及用合成料制作的鎂鉻磚，用熔鑄鎂鉻磚、合成料制成的高侵蝕區(qū)超高耗能區(qū)域。另外，鎂鉻磚還可用于水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶及玻璃窯回?zé)岬炔课弧?/div>
鎂鉻磚在轉(zhuǎn)爐中的應(yīng)用。
在煉銅和煉鎳的吹煉中，通常使用P-S轉(zhuǎn)爐。P-S轉(zhuǎn)爐是臥式圓筒轉(zhuǎn)爐。圓筒下部側(cè)設(shè)置有一排氣孔，用于向空氣或富氧空氣中鼓入空氣。
煉鎳爐中的硫化鐵被簡(jiǎn)單地去除了，并且僅將其吹煉到生成Ni3S2(在冶煉高溫時(shí)只有Ni3S2是穩(wěn)定的化合物)。由于持續(xù)吹煉，Ni3S2將氧化為NiO進(jìn)入爐渣。
不僅爐子溫度波動(dòng)較大，爐子在吹煉時(shí)反復(fù)加料、吹煉、排渣及上、下兩爐次停爐，爐溫尤其是風(fēng)口區(qū)溫度波動(dòng)大，且易受風(fēng)浪影響；加之渣量大，熔體的劇烈攪動(dòng)引起沖刷，因此，風(fēng)口及風(fēng)口以上爐襯蝕損最嚴(yán)重。比如，某有色金屬公司煉鎳轉(zhuǎn)爐風(fēng)口和風(fēng)口區(qū)耐火材料嚴(yán)重腐蝕，使?fàn)t襯壽命僅為18爐，嚴(yán)重影響了鎳產(chǎn)率。
澳斯麥用鎂鉻磚破壞機(jī)理研究
因澳斯麥特/艾薩熔煉工藝熔煉速度快、建設(shè)投資少、原料適應(yīng)性強(qiáng)、爐體密封性好、符合環(huán)保要求，因而在有色冶金工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
自從某有色金屬公司于1999年引進(jìn)澳斯麥特技術(shù)之后，從銅業(yè)公司引進(jìn)的艾薩爐、錫業(yè)公司引進(jìn)的澳斯麥特爐都相繼建成并投入生產(chǎn)，2003年某有色金屬公司也采用了澳斯麥特熔煉爐進(jìn)行改造，并于2003年投入使用。
起初，澳斯麥特爐用的耐火材料主要為各類(lèi)鎂鉻磚。舉例來(lái)說(shuō)，艾薩爐用耐火材料最初都是由奧鎂公司提供的鎂鉻磚，共有22個(gè)品種。所以，先了解澳斯麥特鎂鉻耐火材料的損壞情況。
從1500℃爐渣腐蝕鎂鉻磚的顯微圖片中可以看到，碳酸鎂石熔化并形成MFS：固溶帶(原磚層和反應(yīng)層中間的過(guò)渡層)，F(xiàn)eO與磚塊中的方鎂石形成鎂鐵富氏體(RO相)，而其中FeO·Fe2O3又在其中析出，而RO相間填充M2S。原片(圖右上方)，暗黑色的為渾圓狀方鎂石顆粒。
在1500℃下?tīng)t渣腐蝕鎂鉻磚的顯微照片顯示，在右下角有一亮一白的反應(yīng)區(qū)，爐渣對(duì)方鎂石的侵蝕非常明顯，其中部分方鎂石溶解掉。反作用產(chǎn)生灰色或深灰色的M2S或MFS，顏色略微游離的物相為復(fù)合尖晶石，在顯微照片的中央，周?chē)幸粚恿涟咨娜芪g方鎂石塊。另外，方鎂石溶解后所形成的復(fù)合物尖晶石相并未被溶解，游離于爐渣和方鎂石產(chǎn)生的MFS中，充分表明了復(fù)合尖晶石抗渣蝕能力強(qiáng)。
綜上所述：爐渣對(duì)方鎂石的破壞過(guò)程是：FeO·SiO2系爐渣沿晶界進(jìn)入方鎂石顆粒，F(xiàn)eO進(jìn)入顆粒中并與MgO形成RO相，而SiO2熔融部分MgO反應(yīng)生成M2S填充于晶界之間，使方鎂石顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。
由上述分析，得出以下結(jié)論：爐渣對(duì)耐火材料的侵蝕主要表現(xiàn)為方鎂石的溶蝕；生成物主要是低熔點(diǎn)的鎂鐵橄欖石[2(MgO,FeO)·SiO2](MFS)
結(jié)果表明，復(fù)合尖晶石具有較好的抗渣性，復(fù)合尖晶石在方鎂石與渣反應(yīng)形成的橄欖石基質(zhì)中以游離態(tài)存在，并在方鎂石與渣反應(yīng)形成的橄欖石基質(zhì)中以自由態(tài)存在。
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