提高回转窑烧成带耐火材料的耐久性

回转窑用耐火材料使用条件的主要特点在于:窑每转一周,耐火材料都要受到周期性的加热和冷却,一个月回转窑的转动次数大约为4.5×10~4次。而且,耐火材料周期性的温度波动范围达150～200℃。苏联水泥工业回转窑烧成带内衬主要采用的镁尖晶石质耐火材料为铬镁质、镁铬质、方镁石-尖晶石质耐火材料。煅烧白水泥熟料的窑,主要采用尖晶石结合的不含染色氧化铬的镁质耐火材料。其它国家水泥工业则主要推广镁尖     

应用岩石显微镜控制耐火材料的生产技术(续)

3.镁质耐火材料镁质耐火材料虽没有粘土砖使用的普遍,在许多场合中,尤其是炼钢炉中,却是非常需要的。由於它能耐特别高的温度(可达2000℃以上),所以是不可缺少的材料。我们这里所讨论的镁质耐火材料,主要系指烧结镁石和方镁石砖,其次也提到尖晶石砖和橄榄石砖。烧结镁石的制造,系将菱镁矿粉碎后,放入竖窑或回转窑内,在1500～1600℃的温度下烧结而成;广泛使用於冶金工业上,故又称冶金镁砂。方镁石砖即通常所称的镁砖,是由烧结镁石与少量加入物和有机结合剂在一起混和,制成砖坯后经煆烧而成的。     

含锆复合相结合镁砖的研究

以电熔镁砂、烧结镁砂、锆英砂、自制添加剂、结合剂为基本原料，通过合理级配、高温烧结研制了适用于水泥窑、玻璃窑的新型含锆复合相结合镁质耐火材料。该材料由方镁石、镁铝尖晶石、镁橄榄石、二氧化锆以及含二氧化锆的复合相组成。材料的荷重软化温度T0.6＞1600℃、热震稳定性（1100℃-水冷）＞5次、抗玻璃液碱蒸汽侵蚀试验（ASTM-987-83）判为二级、抗水泥熟料液相侵蚀、有优异的挂窑皮特征。该材料已分别在浮法窑、垂直引上窑、新型大中型干法窑上进行应用试验，取得了良好效果。     

耐火材料中的六价铬

生态安全是对任何工艺过程和耐火材料的主要要求之一。主要氧化物生态安全的评价列于表1。 就生态学而言,最为有害的是含铬耐火材料,处于第二位的是硅质耐火材料,处于第3位的是焦油白云石耐火材料。它们的极限容许浓度为2mg/m~3(3级危害度)。 目前,耐火材料工业生产各种成分的含铬耐火材料:镁铬质、铬镁质、电熔铬尖晶石质、镁橄榄石铬质、铬镁橄榄石质、莫来石铬质、铬莫来石质、铬质和铬酸质耐火材料。为     

方镁石–铁铝尖晶石材料与水泥熟料间的作用行为

方镁石–铁铝尖晶石耐火材料在水泥回转窑烧成带取得良好使用效果,这与其高温下同水泥熟料之间的反应行为密不可分。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪与Factsage模拟等手段研究了镁砂和铁铝尖晶石颗粒以及方镁石–铁铝尖晶石砖高温下与水泥熟料的作用行为。结果表明：镁砂具有优异的抗水泥熟料侵蚀性能,铁铝尖晶石与水泥熟料高温反应生成大量高温液相,并逐渐被蚕蚀。对于方镁石–铁铝尖晶石砖,方镁石物相和铁铝尖晶石颗粒高温下抵抗水泥熟料侵蚀表现出协同作用。以方镁石为主晶相的基质与水泥物料反应生成高熔点物相,在晶界相内形成骨架结构,提高了晶界相的高温粘度,促进了水泥熟料与耐火材料的结合。同时,铁铝尖晶石与方镁石之间的离子交换促进了铁铝尖晶石颗粒与方镁石基质的结合,抑制了高温下与水泥物料反应时长石类低熔点相的产生,提高了铁铝尖晶石的高温稳定性,有利于该类耐火砖在烧成带使用时窑皮的稳定。     

尖晶石包覆骨料对镁铝质耐火材料抗热震性和抗水泥熟料侵蚀的影响

由于周期性水泥熟料回转以及进出料,水泥回转窑用耐火材料需要兼顾优异的耐火度、热震稳定性和耐侵蚀性。本研究通过将尖晶石细粉包裹于镁砂骨料表面,制备出含包覆结构骨料的方镁石–镁铝尖晶石耐火材料,并采用三点弯曲测试结合数字图像相关以及声发射技术表征其断裂行为,以及采用静态抗渣法表征其抗侵蚀性能。结果表明：通过改变尖晶石分布,形成包覆结构复合骨料,降低了氧化铝含量,尖晶石相达到更为均匀且广泛的分散。与氧化铝含量(质量分数)为10%的市售预合成尖晶石骨料耐火材料相比,采用尖晶石包覆骨料的方镁石–尖晶石耐火材料(Al₂O₃含量为5%)在保证材料抗热震性能的同时,提升了力学强度、热震稳定性能以及抗侵蚀能力。     

RH-TOB炉外精炼过程中直接结合镁铬砖的损毁机理

为了说明RH-TOB(RH-氧顶吹法)炉外精炼过程中直接结合镁铬砖的损毁机理,将镁铬材料做成坩埚试样,作为RH-TOB炉下部内衬的耐火材料。坩埚试样内装钢水,在1650℃下进行吹氧试验。试验中研究了FeO渗透和Fe蒸气对MgO-Cr2O3材料损毁。镁铬耐火材料中Cr2O3和FeO生成一种高熔点的复合尖晶石,因而Cr2O3性能稳定,并对FeO有很高的侵蚀性。另一方面,具有较低熔点的FeO渗透到方镁石中,这些方镁石是由硅酸盐结合的细小颗粒组成的。因此,此共熔反应引起这些硅酸盐结合物熔化,并将细小颗粒分离。RH-TOB精炼过程中铁蒸气与氧气反应产生的氧化热将耐火材料损毁,使方镁石和氧化铬蚀损。     

MgO-ZrO2-Al2O3耐火材料组分的研制

把烧结镁砂、细磨埃及锆英石砂和煅烧氧化铝材料的混合物在1550℃下烧成4h后。制备了硬质、致密和体积稳定的优质MgO-ZrO2-Al2O3耐火材料。烧成体的MgO量应该多一些，并要超过与全部来自脱锆的SiO2结合所需的量，从而形成镁橄榄石。所有氧化铝作为铝酸镁尖晶石，达到稳定的立方ZrO2形式。剩余的MgO以方镁石矿物形式存在。X-射线检测示出烧成体主要由不同比例的高耐火度和抗腐蚀晶相（镁橄榄石、立方氧化锆、方镁石和氧化铝尖晶石）组成。扫描电子显微镜研究结果示出构成晶相的其中一部分形成砖的全部基质，同时其它部分包围在方镁石的粗颗粒周围，保护它们从而抵抗腐蚀。这些工艺性能标示着这些耐火材料具有较强的抗渣和抗剥落性，良好的热负荷强度。发现这些性能不仅仅与晶相成分有关，而且与烧成体的微观结构有关。     

高镁质铁尾矿制备镁橄榄石耐火材料试验研究

以河北省某高镁质铁尾矿为原料，经预先煅烧、熟料细磨后掺加少量轻烧镁砂和电熔镁砂，采用模压成型、高温烧结等工艺制备镁橄榄石耐火材料。采用正交试验探讨了铁尾矿熟料细磨时间、粘结剂乙二醇溶解酚醛树脂用量、成型压力、最高烧结温度、保温时间对烧结样品的体积密度、常温抗压强度和荷重软化温度的影响，并优化了工艺参数，结果表明：在铁尾矿熟料细磨15 min、粘结剂用量为8%、等静压成型压力为130 MPa、最高烧结温度为1 500℃、保温时间为6 h的最佳工艺条件下，得到的烧结样品体积密度为2.80 g/cm³、常温抗压强度为50.7 MPa、荷重软化温度为1 685℃、抗热震性为10次，主晶相为镁橄榄石，次晶相为方镁石，另含少量尖晶石。研究成果可为此类铁尾矿的综合利用提供技术支撑。     

方镁石-尖晶石耐火材料的抗铜锍侵蚀性研究

采用静态坩埚法研究了不合添加剂以及添加TiO2或ZrO2的方镁石-尖晶石耐火材料于不同温度下的抗铜锍侵蚀性,并与电熔再结合镁铬砖进行了对比.借助SEM和EDAX分析了铜锍侵蚀后方镁石-尖晶石材料的显微结构及各层带的化学组成变化.结果表明:(1)方镁石-尖晶石耐火材料与铜锍反应很微弱,反应层厚度均低于1 mm,铜锍对方镁石-尖晶石耐火材料的侵蚀主要表现为渗透,且渗透深度随温度的升高而增大,当温度超过1 200℃后,铜锍渗透深度急剧增大.(2)添加适量TiO2可提高方镁石-尖晶石耐火材料的抗铜锍渗透性,甚至优于镁铬砖的,TiO2的适宜加入量为2%;ZrO2的引入不能明显改善方镁石-尖晶石耐火材料的抗铜锍渗透性.(3)SEM和EDAX分析显示,铜锍中Cu2S的渗透能力较强,FeS的次之.     

水泥回转窑用碱性耐火材料显微结构的控制

根据显微结构特征分析研究了水泥回转窑用无铬碱性耐火材料的性能和发展。这些氧化镁基或白云石基材料,引入低膨胀性且抗侵蚀的加入物改善其显微结构。镁铝尖晶石砖是从直接加入粒状氧化铝、烧成过程中生成原生尖晶石,到直接加入预合成的尖晶石,发展至细粒晶型尖晶石再增强的含电熔尖晶石镁质砖;白云石砖以其良好的对水泥熟料的粘着性而被广泛用于水泥回转窑烧结带,加入氧化镁粉和氧化锆改善其基质增强了抗侵蚀性及抗热震稳定性;新发展的氧化镁-铁铝尖晶石和氧化镁-锰铝尖晶石耐火材料以其优越的柔性而被用于轮箍部位。     

从相图解析干式捣打料

根据有关二元系与三元系相图解析了硅质、刚玉质、镁钙质、方镁石-镁铝尖晶石质以及刚玉-镁铝尖晶石质干式捣打料的化学组成、合适的烧结剂及其加入量。     

水泥熟料及碱盐对方镁石-镁铝尖晶石砖的侵蚀行为

对以电熔镁砂、电熔镁铝尖晶石为原料制备的方镁石-镁铝尖晶石砖进行了不同温度的抗侵蚀试验,研究了水泥熟料及碱盐(K2SO4、KCl)对方镁石-镁铝尖晶石砖的化学组成、矿物组成及显微结构的影响,从而研究其对方镁石-镁铝尖晶石砖的侵蚀行为。结果表明:1)水泥熟料对方镁石-镁铝尖晶石砖的侵蚀过程主要是向砖内渗透,侵蚀砖中方镁石及基质M2S生成低熔物CMS而使M2S、方镁石不断溶解,使砖形成致密的变质层,温度越高,渗透和侵蚀作用越剧烈。2)碱盐通过对砖的液相渗透和气相扩散,在砖中与杂质发生化学反应,生成新的气体并挥发,使砖的表层因碱盐的化学侵蚀而疏松,深层因残碱的沉积而致密。3)实际使用中,碱盐在高温层侵蚀砖中的方镁石及结合相而使高温层疏松,使水泥熟料大量渗透和侵蚀而形成致密的变质层;碱盐在低温层的析晶、沉积,使致密的变质层变厚。而致密且较厚的变质层在温度波动时将导致方镁石-镁铝尖晶石产生严重的结构剥落。     

玻璃熔窑蓄热室冷凝带用尖晶石结合镁质格子砖

玻璃熔窑蓄热室格子砖以前广泛使用铬镁砖,为了避免Cr6+对环境的污染,目前许多研究者开发出了各种无铬砖,如镁锆砖、高尖晶石砖等等。RHI公司经过大量努力优化原料组成以及粒度分布,研制出了新一代无铬的尖晶石结合镁质     

方镁石固溶体的八面体结晶

在用后的超高功率电炉炉底镁质耐火材料中发现了一种八面体结晶，它不是尖晶石，而是ＲＯ相。ＸＲＤ分析结果指出，该八面体的最强线的ｄ值虽与方镁石有些偏差，但其衍射面都符合于方镁石。其立方晶格常数ａ０为０．４２４９ｎｍ，要比方镁石大。籍ＥＤＡＸ测定了单晶的化学组成。用ＭＰＶ－３型显微光度仪测定了反射率，结果为Ｒ＿（５４６ｎｍ）＝１０．５６±０．３５％。文中讨论了人造方镁石的各种晶形和形成八面体结晶的条件。     

镁铝尖晶石和铬矿对镁质浇注料烧结的影响

研究了加入镁铝尖晶石和铬矿砂对SiO2微粉结合镁质浇注料烧结的影响。结果表明:(1)加入适量的镁铝尖晶石或铬矿砂对于提高镁质浇注料的烧结程度和强度均有较明显的作用,但加入量不能太多,在本试验条件下,加入镁铝尖晶石和铬矿砂的最佳质量分数分别为12%和10%;(2)加入镁铝尖晶石的镁质浇注料在强度方面要好于加入铬矿砂的;(3)加入的镁铝尖晶石作为晶种,促进了亚白刚玉粉和α-Al2O3微粉在镁质浇注料中生成镁铝尖晶石,铬矿砂的加入则生成了大量的镁铬尖晶石和少量的镁铝铬尖晶石。     

水泥窑用耐火材料——认真对待碱性砖

水泥工业是耐火材料的主要用户,而且其消耗量的增加或降低与水泥产量成正比。现代水泥窑用耐火材料趋向于以碱性材料为主,而在一些老厂非碱性砖占多数。碱性耐火材料主要砌筑在熟料形成区域以及受热应力、机械应力及化学应力冲击的环境异常恶劣的部位。在用碱性耐火材料部位有一个值得注意的变化,就是渐渐放弃镁铬砖的应用而采用无铬型,诸如镁尖晶石砖。这种趋势是因砖中含有危害人体健康的六价铬而引起的。尽管镁尖晶石砖相对费用较高,但镁尖晶石砖用量在欧洲和北美激增,而日本在七十年代中期就已广泛使用这种砖了。尽管如     

镁资源的综合利用及镁质耐火材料的发展

介绍了镁资源综合利用的途径及镁质耐火材料在高温工业中的发展情况。在镁资源综合利用方面着重介绍了金属镁的制取、镁水泥、氢氧化镁阻燃剂及轻质碳酸镁、轻质氧化镁、硫酸镁的制取与用途。在镁质耐火材料的发展情况中,从应用理论系统地分析并介绍了镁质耐火材料在高温工业:炼钢、有色金属冶炼、水泥窑及垃圾焚烧熔融炉的应用情况及其发展,并介绍了MgO-CaO材料的抗侵蚀和水化问题,以及尖晶石材料与镁质不定形耐火材料的研究现状和发展趋势。     

水泥回转窑用镁尖晶石耐火材料

本文论述了第二代镁尖晶石耐火材料的研制成果。查明，利用水镁石可以生产出优质合成尖晶石和方镁石。含有这些组份的新研制的镁尖晶石耐火材料的物理陶瓷性能指标优超于目前俄罗斯在回转窑中所采用的镁铬质耐火材料的同类指标。     

铜冶炼炉用镁铝钛砖的研制

以电熔尖晶石(4～1 mm)、电熔镁砂(<4、<0.088 mm)及烧结镁砂(4～2、<2 mm)为主要原料,加入α-Al2O3细粉、锐钛矿型TiO2细粉,采用无机复合结合剂制成混合物料,经630 t摩擦压砖机将物料压制成230mm×115 mm×65 mm的标砖,干燥24 h后,经1 600℃高温烧制成镁铝钛砖,检测镁铝钛试验砖的体积密度、显气孔率及抗热震性,同时与镁铬砖及镁铝铬砖进行抗铜渣静态坩埚对比试验,并利用XRD、SEM观察分析烧后镁铝钛砖的相组成和显微结构。结果表明:TiO2细粉加入质量分数为2%的镁铝钛砖中,TiO2与方镁石反应生成Mg2TiO4尖晶石,随着Mg2TiO4被MgAl2O4吸收、固溶,形成新型方镁石-尖晶石-氧化钛硅酸盐系统的复相结构,改善了材料的结构,使其具有良好的烧结性和抗热震性;且镁铝钛砖的抗铜渣侵蚀性与镁铬砖的相当,有可能成为铜冶炼炉用环境友好型耐火材料。