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高铝耐火砖厂家讲述水泥窑工业用镁铬质耐火材料的品种和性能

文章出处:未知 人气: 发表时间:2020-07-18 10:38

高铝耐火砖厂家讲述水泥窑工业用镁铬质耐火材料的品种和性能,水泥窑工业用镁铬质耐火材料分为普通镁铬砖、直接结合镁铬砖、低铬镁铬砖三大类别。

1.普通镁铬砖
欲了解普通镁铬砖,应先从中档镁砖谈起。如图所示为MgO含量95%镁砖的显微结构。
 镁铬质耐火材料
图中,灰色相代表原子序数较低的方镁石,暗灰色相代表平均原子序数较高的镁橄榄石M2S,灰白色相代表平均原子序数较高的钙镁橄榄石CMS。从图中可以推知,方镁石相之间的晶界能很高,硅酸盐相具有润湿方镁石的晶界,以降低界面能或使系统更加稳定的倾向。这样,硅酸盐相将切开方镁石的晶界,包围方镁石颗粒,极大地削弱了耐火材料的性能。
普通镁铬砖是采用中档以下镁砂、较低品位的铬矿,使用较低烧成温度制造出来的。由于硅酸盐相数量多、二次尖晶石数量少,形成硅酸盐玻璃相包围方镁石相的显微结构。由此,普通镁络砖的耐高温性、抗侵蚀性、抗热震性不佳,具体如下:
1普通镁铬砖具有硅酸盐相包围方镁石相的结构,低熔点的硅酸盐相成为连续相,高熔点相成为漂浮在低熔点相中的孤岛。高温下,低熔点相一软化就会影响耐火材料的性能。所以。普通镁铬砖荷重软化温度、热态强度、体积稳定性等高温性能都明显低于其他镁铬质耐火材料。
②玻璃相是耐火材料中的薄弱环节和外来杂质侵入砖体的通道。普通镁铬砖具有硅酸盐相包围方镁石相的结构,材料的抗侵蚀性也不强。
③玻璃相的脆性较大。当含有较多低熔点物质时,耐火材料一经高温作用就很容易发生“瓷化”,裂纹沿玻璃相高速扩展的特性使得耐火材料具有很差的抗热震性。
普通镁铬砖价格低廉,但性能不佳,故适用于中小水泥回转窑烧成带非火点且具有较厚窑皮的部位
2.直接结合镁铬砖
直接结合镁铬砖是采用高档镁砂、铬精矿,提高烧成温度等特殊工艺制造出来的耐火材料。由于硅酸盐相数量少、二次尖晶石数量多,硅酸盐相成为孤岛方镁石-方镁石之间,方镁石路铁矿之间存在“直接结合”。由此,直接结合赋予了镁铬砖良好的耐高温性、抗侵蚀性和抗热震性,如图所示。
 镁铬质耐火材料
从图中可知,烧成中铬从铬铁矿中扩散进入镁砂基质,形成方镁石固溶体。温度降低时,就从方镁石过饱和固溶体中析出MgO·R2O3,形成二次尖晶石。由于铬改变了方镁石的性质,硅酸盐相不易润湿方镁石相,致使形成方镁石-方镁石之间、方镁石-镁铬尖晶石之间的直接结合。Goto等人的研究表明:直接结合镁铬质耐火材料中,在0.3nm的分辨率下发现方镁石-方镁石颗粒之间、方镁石-铬铁矿颗粒之间存在“直接结合”。但是,方镁石-镁铝尖晶石耐火材料中没有发现直接结合。
直接结合镁铬砖价格较高,但具有很好的耐高温、抗侵蚀、耐热震和挂窑皮性能,故适用于各类水泥回转窑的烧成带。
20世纪80年代以前,国外推崇三高技术——采用高纯原料、高压成型、高温烧成制作耐火材料的技术;90年代以后,国外公司越来越多使用廉价的我国耐火原料,并钟情“柔韧化”。例如,奥地利Veitsch-Radex公司研制了具有“柔韧性”的碱性砖。1200℃下,以前的镁络砖受循环应力作用破坏之前只能产生0.5%的应变,柔韧性材料能够产生3%~5%的应变,如图所示。
 镁铬质耐火材料
从图中可知,(a)为体积稳定性镁铬砖,该砖受循环应力作用,发生很小的变形就损坏;(b)为经改进的镁铬砖;(c)为经改进的方镁石镁铝尖晶石砖。受循环应力作用后,(b)、(c)两种材料发生很大变形才损坏。由此,(b)、(c)倾向于具有优于(a)的抗热震性,而且也利于松弛砖热端受挤压产生的应力。
需要指出,所谓“柔韧化”或者“增韧”只是脆性的减少,并不是耐火材料真的具有类似金属材料的韧性,或类似有机高分子材料的柔性。如前所述,耐火材料是一种脆性材料,这是由共价键和离子键决定的,是不可改变的本质。
一些耐火材料破坏前表现出来的“伪塑性”、“伪柔性”只不过是大量产生微裂纹的结果。比如,无机纤维增强硅酸盐材料破坏时,整体上材料会产生很大变形。但是,微观上只不过是一系列纤维界面的解离和纤维拔出过程的组合。每个局部破坏都是典型的脆性破坏,几乎没有什么塑性变形。
至于国外一些耐火材料公司提出“弹性”、“热弹性”表示抗热震好或能发生较大伪塑性变形的说法则是完全错误的。
事实上,弹性是材料的一种属性,指材料受外力作用发生变形、变形量和外力大小成正比,且除去外力后能恢复原来形状的性质。塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的特性。塑性的强弱可用伸长率和断面收缩率来表示。韧性则是材料断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。
破坏时,一些新型无机非金属材料虽然宏观上产生了很大伸长,但断面收缩率却不大。从微观上讲,只是用一系列小的微观脆性破坏代替了一次大的宏观脆性破坏。虽然材料有改进,性能和使用寿命也有明显提高,但对裂纹扩展的抗力与金属材料相比还是差得很远。
3.低铬镁铬砖
为了减少镁铬砖中六价铬的污染,首先就是开发含铬低的镁铬砖。低铬镁铬砖采用高铁镁砂和铬铁矿制作,其工艺特征是用一部分镁铁尖晶石代替镁铬尖晶石。高温下,高铁镁砂中Fe2O3溶于方镁石晶体;冷却过程中,MgO·Fe2O3从方镁石晶体中析出,形成散布于方镁石中小麻点状镁铁尖晶石。如图所示是一种进口低铬镁铬砖中高铁镁砂的图像。
 镁铬质耐火材料
图中的小亮点代表原子序数较高的镁铁尖晶石相。从图中可知,镁铁尖晶石的粒径在1~3pm,又被方镁石晶体严实包裹。所以,氧化铁对耐火材料高温性能的影响较小。换句话说,低铬镁铬砖的工艺要点是用镁铁尖晶石替换一部分镁铬尖晶石,通过限制Fe2O3的有害作用,发挥所加Fe2O3和Cr2O3的有益作用,保持了材料的性能和寿命。
 镁铬质耐火材料
从表可知,低铬镁铬砖的物理性能比直接结合镁铬砖稍低。这是由于低铬镁铬砖的烧成温度较低之故。但是,低铬镁铬的使用寿命一般与直接结合镁铬砖相当,有时还比直接结合镁铬砖为高。
进口耐火材料采用液压机成型,其配料、成型、烧成、检验工序中全面采用了自动控制,其产品尺寸精度高,质量均匀,没有隐蔽性裂纹。国内厂家主要采月摩擦压砖机制砖,配料、成型、烧成、检验中自动化水平低,产品质量波动大,尺寸偏差大。使用中,为防止国产碱性材料掉砖,必须过量使用钢板锁紧。升温后,耐火材料发生很大膨胀后,就容易受过度挤压而损坏。此外,一些国产耐火材料因带有隐蔽性的裂纹,使用中容易提前损坏,从而显著缩短耐火材料的使用寿命。
低铬镁铬砖具有较低的烧成温度。所以,其致密化程度也低,因而具有较低的弹性模量。这样,砖受到挤压以后,产生的机械应力较低,受损较少,从而延长了耐火材料的寿命。近年来,一些国内耐火材料厂纷纷降低直接结合镁铬砖的机械强度,结果寿命反而有所提高。
不过,在碱含量较高且碱硫比大于1的窑上,不宜使用低铬镁铬砖。因为游离的碱蒸气将进入砖体,侵蚀铬铁矿,形成挥发性的K2CrO4。低铬砖的含铬很低,Cr6+的形成和K2CrO4的挥发都可能破坏直接结合,致使耐火材料快速损毁。例如,东北某新型干法水泥窑采用粉煤灰配料后,没有检验粉煤灰的碱含量,结果熟料中R2O含量增至1.2%以上,低铬砖的寿命从10~12个月锐减到3~4个月。电镜检验结果表明,残砖中大量形成了K2(Cr,S)O6,直接结合几乎被破坏殆尽。
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