镁尖晶石质耐火捣打料的性能研究
发布日期： 2018-08-17 09:33:35 阅读量（613） 作者：电炉用镁尖晶石质耐火捣打料的性能分析如下：
1、体积稳定性
为了解决MgO-Fe2O3-CaO质耐火材料自身过烧结引起的电炉炉底产生开裂剥落问题,只有选用在其烧结时能够产生膨胀性能的材料才能达到目的。其中,应以MgO-Al2O3系材料为首选。如图1所示,处于MgO-MgO·Al2O3相区的混合物出现液相的温度高达2 050℃,表明它们在电炉操作的温度下,不会出现液相。同时,当正确选择MgO源和Al2O3源时,始终伴随反应烧结所产生的膨胀(线膨胀率约2.45%)可阻止其过烧结现象的产生。
MgO+Al2O3→MgO·Al2O3(3)
对镁尖晶石质耐火捣打料体积稳定性的研究结果示于图2。可以看出:当MgO/Al2O3比值在65/35~62/38(质量百分比)时,于1 600℃,5h烧成后的镁尖晶石质耐火捣打料的永久线变化率在+1.0%~+1.5%之间。
2、烧结性能
MgO-MgO·Al2O3质耐火材料用于电炉炉底,首先必须具有良好的烧结性能,在以MgO和MgO·Al2O3为主料的同时,又分别引入MgO超细粉和Al2O3超细粉,使材料在中温阶段就已经开始进行良好的烧结,其强度已达到MgO-Fe2O3-CaO质耐火材料水平,见表1。
图1 MgO-Al2O3系相图
图2材料残余线变化率
表1材料的耐压强度/MPa
3、耐高温性能
通常,MgO·Al2O3质材料中都含有少量的CaO、SiO2和FeOn等杂质,因而它们亦为MgO-CaO-Al2O3-FeOn-SiO2系统,考虑到FeOn可溶入MgO·Al2O3中,此时MgO-Al2O3系材料可用MgO-CaO-Al2O3-SiO2四元系来粗略地描述。将FeOn由Al2O3取代,可看出,MgO·Al2O3质耐火材料在仅含极少量CaO或/和SiO2时就会在1 600℃出现液相,表明这种耐火材料的抗侵蚀和抗冲刷性能有可能不如MgO-Fe2O3-CaO质耐火材料,由此可知,MgO·Al2O3质耐火材料中的CaO和SiO2含量应愈低愈好。然而,当MgO·Al2O3质耐火材料中不含CaO或者不含SiO2时,在1 600℃其液相区域较小,说明MgO·Al2O3质耐火材料中CaO含量(不含SiO2)或者SiO2含量(不含CaO)较低时,其耐火性能较好。
4、抗渣性能
在碱性电炉熔炼过程中,初期形成的是碱性氧化性初渣,其中含有过剩的CaO和大量的FeO,初渣接触炉底的比率很小,只能接触侵蚀到炉坡;后期形成碱性还原性炉渣,其中的FeO含量较低,终渣出钢过程中能接触侵蚀炉底,在采取留钢操作后终渣只能接触侵蚀到炉坡而已。终渣成分中的CaO/SiO2比通常在1.8~4.0之间,因而可以用MgO-Al2O3-CaO-SiO2系(考虑到FeOn溶入MgO-Al2O3中)相图中MgO-Al2O3-CaO/SiO2(1.8~4.0)相关系来说明。根据MgO-Al2O3-CaO-SiO2四元相图中MgO-Al2O3-CaO/SiO2=2.0及MgO-Al2O3-CaO/SiO2=3.0三元相图及对应的1 600℃等温截面图可知,无论CaO/SiO2=2.0,还是CaO/SiO2=3.0,在1 600℃时,全液相区域都很小,表明MgO·Al2O3质电炉炉底工作层对电炉终期熔渣的侵蚀具有很高的抵抗能力。
虽然MgO·Al2O3质耐火材料抗电炉终期熔渣侵蚀的能力有可能不如MgO-Fe2O3-CaO质,就综合抗渣性能来讲,MgO-MgO·Al2O3质明显优于MgO-Fe2O3-CaO质,如图3所示。
图3材料抗渣实验样
MgO·Al2O3质耐火材料限制熔渣渗透的化学原理如下[在基质(细粉)中Al2O3含量足够高时]:CaO同MgO·Al2O3反应形成高熔点的铝酸钙;FeOn等同MgO·Al2O3和MgO形成固溶体;剩下的富含SiO2熔渣则变得非常黏稠,此时熔渣渗透深度(L)可用下式表示:
L2=σrcosθt/η(4)
式中:σ为熔渣表面张力;θ为熔渣对母体的润湿角;r为MgO·Al2O3质电炉炉底工作层的气孔半径;t为熔渣渗透时间;η为熔渣黏度。由(4)式看出:
L∝η-2(5)
式5表明熔渣黏度高,渗透深度(L)小。
上述形成的高熔点铝酸钙-尖晶石固溶体界面层可阻止炉底工作层的蚀损,并且具有抑制自身过烧的优点,因而采用MgO-MgO·Al2O3质耐火捣打料作为强化冶炼操作的电炉炉底工作衬。
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