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镁铬砖性能受哪些影响,以及损坏机理介绍

发布时间:2021/11/24 17:10:34 点击率:



以烧结镁(MGO含量89%-92%)和耐火铬,将其混炼、高压、干燥于1550-1600℃烧制而成的镁铬砖为主要原料。普通镁铬砖由于杂质含量高,且耐火晶粒间有硅酸盐结合,因此烧成的镁铬砖也称为硅酸盐结合镁铬砖,简称镁铬砖。生产镁铬砖的主要原料是烧结镁和铬铁矿。对镁的原料纯度应尽量提高,铬铁矿化学成分要求为:Cr2O3:30~45%,CaO:≤1.0~1.5%。

铬矿对镁铬砖性能的影响
铬矿石是生产镁铬砖的主要原料,由于产地的不同,其中主要杂质含量不一。另外,铬矿中加入铬元素也会对其性能产生影响。这部分主要阐述了铬的来源和添加量对直接粘结镁铬砖性能的影响。
1.铬矿粒大小的影响。
我国高铬矿(Cr2O3)>53%)虽然氧化铁含量比南非铬矿石低得多,但其二氧化硅含量较高。因此,重点研究了国产高铬矿石的粒度组成对直接镁铬砖性能的影响,产品的抗压强度随铬临界粒度的降低而增大,当铬矿石临界粒度减小时,高温抗折强度(1400℃,0.5h)下降,当铬矿石临界粒度达到1.5mm时,热稳定性达到峰值。
2.铬矿添加量的影响。
采用不同比例和Cr2O3直接结合镁铬试样,采用1740℃高温随道窑烧成,用Cr2O3按不同比例直接烧结镁铬试样。
结果表明,直合镁铬试样的显气孔减小,体积密度增大,热冲击稳定性提高。光镜、SEM、EDAX等分析结果表明,南非铬矿中大部分氧化铁在高温锻烧后进入人方镁石相,形成(MgO,FeO)固溶体或铁酸镁二次尖晶石。之前的分析已经提到了生成(Mg,Fe)O时体积收缩了20%,并且在存在碳氢存在的情况下,在1500℃已经出现了液相,促使了致密烧结,这是南非矿使烧结合成料体积密度增加,气孔减少的原因之一。
EDAX分析镁富氏体相组成可知:方镁石中各倍半氧化物的固溶量顺序为:Fe2O3>Cr2O3>Al2O3,虽然也有一定数量的氧化镁通过扩散进入铬铁尖晶石,但与之相比,铬铁尖晶石中的倍半氧化物(特别是Fe203)进人方镁石中的含量大于氧化镁进入铬铁复合尖晶石的量。因此,经过高温锻烧后,镁砂和铬矿石的组成都发生了变化,在方镁石中形成了较多的二次尖晶石,其典型成分为:MgO(EDAX分析,质量分数)。
Al2O33.21%,Fe2O315.49%,Cr2O3含量为75.90%。
5.42%。铬矿粒的组成也有很大差异,其中铬颗粒的典型化学成分是(直接结合边界)、MgO21.69%、Cr2O347.35%和A12O3。
12.31%,Fe2O312.73%,故该化合物具有很高的直接结合镁铬材料。因此随铬含量的增加,镁铬试样的物理性能得到明显改善。
随样品Cr203含量的增加,熔融耐蚀性能显著提高,熔融介质的耐蚀性能提高。

镁铬砖种类
主要晶相为方镁石和镁铬尖晶石。根据生产工艺不同分为普通镁铬砖、直接与镁铬砖结合、(半结合)镁铬砖、化学结合镁铬砖和溶铸镁铬砖。

铸造镁铬砖的热工性能
熔铸镁铬砖一般认为耐热冲击性能较差,在设计、施工、烘炉、热工制度等方面存在一定问题,因此,本文就镁铬砖的热工性能做一些对比,以同一种等级烧成直接结合镁铬砖。
1.耐高温冲击。
将熔铸的镁铬砖直接烧成与镁铬砖相结合,切割成30mm×30mm。
*120mm样棒,快速放入1100℃炉内,如此反复3次,两个样棒都不会破裂,以测定其抗折强度。
2.反复加热测试。
把熔铸镁铬砖,烧成直接与镁铬砖接合成30mm×30mm×120mm样棒(共3组)同时置入炉内加热,2h内升温至1300℃,在炉膛中保温2h,试件在20h内冷却至室温,重复加热至1300℃,如此反复6次,以测定样品在每次重复加热后的抗折强度。
重烧次数与镁铬砖直接粘合时抗折强度的关系。
将熔铸镁铬砖与烧结镁铬砖直接烧制后,再烧性能进行对比,可得出以下结论:采用熔铸镁铬砖与连铸镁铬砖,其热工性能基本相当于烧成镁铬砖。

产品用途
镁铬砖主要用于冶金工业,如建造平炉顶、电炉炉顶、炉外精炼炉及多种有色金属冶炼炉。用熔铸镁铬砖、炉外精炼炉高侵蚀区域用合成料制作的高热蚀区,以及用合成料制作的镁铬砖,用熔铸镁铬砖、合成料制成的高侵蚀区超高耗能区域。另外,镁铬砖还可用于水泥回转窑烧成带及玻璃窑回热等部位。

镁铬砖在转炉中的应用。
在炼铜和炼镍的吹炼中,通常使用P-S转炉。P-S转炉是卧式圆筒转炉。圆筒下部侧设置有一排气孔,用于向空气或富氧空气中鼓入空气。
炼镍炉中的硫化铁被简单地去除了,并且仅将其吹炼到生成Ni3S2(在冶炼高温时只有Ni3S2是稳定的化合物)。由于持续吹炼,Ni3S2将氧化为NiO进入炉渣。
不仅炉子温度波动较大,炉子在吹炼时反复加料、吹炼、排渣及上、下两炉次停炉,炉温尤其是风口区温度波动大,且易受风浪影响;加之渣量大,熔体的剧烈搅动引起冲刷,因此,风口及风口以上炉衬蚀损最严重。比如,金川有色金属公司炼镍转炉风口和风口区耐火材料严重腐蚀,使炉衬寿命仅为18炉,严重影响了镍产率。

澳斯麦用镁铬砖破坏机理研究
因澳斯麦特/艾萨熔炼工艺熔炼速度快、建设投资少、原料适应性强、炉体密封性好、符合环保要求,因而在有色冶金工业中得到了广泛的应用。
自从某有色金属公司于1999年引进澳斯麦特技术之后,从铜业公司引进的艾萨炉、锡业公司引进的澳斯麦特炉都相继建成并投入生产,2003年某有色金属公司也采用了澳斯麦特熔炼炉进行改造,并于2003年投入使用。
起初,澳斯麦特炉用的耐火材料主要为各类镁铬砖。举例来说,艾萨炉用耐火材料最初都是由奥镁公司提供的镁铬砖,共有22个品种。所以,先了解澳斯麦特镁铬耐火材料的损坏情况。
从1500℃炉渣腐蚀镁铬砖的显微图片中可以看到:反应带(图左下亮白色区域),碳酸镁石熔化并形成MFS:固溶带(原砖层和反应层中间的过渡层),FeO与砖块中的方镁石形成镁铁富氏体(RO相),而其中FeO·Fe2O3又在其中析出,而RO相间填充M2S。原片(图右上方),暗黑色的为浑圆状方镁石颗粒。
在1500℃下炉渣腐蚀镁铬砖的显微照片显示,在右下角有一亮一白的反应区,炉渣对方镁石的侵蚀非常明显,其中部分方镁石溶解掉。反作用产生灰色或深灰色的M2S或MFS,颜色略微游离的物相为复合尖晶石,在显微照片的中央,周围有一层亮白色的溶蚀方镁石块。另外,方镁石溶解后所形成的复合物尖晶石相并未被溶解,游离于炉渣和方镁石产生的MFS中,充分表明了复合尖晶石抗渣蚀能力强。

综上所述:炉渣对方镁石的破坏过程是:FeO·SiO2系炉渣沿晶界进入方镁石颗粒,FeO进入颗粒中并与MgO形成RO相,而SiO2熔融部分MgO反应生成M2S填充于晶界之间,使方镁石颗粒结构发生破坏。
由上述分析,得出以下结论:炉渣对耐火材料的侵蚀主要表现为方镁石的溶蚀;生成物主要是低熔点的镁铁橄榄石[2(MgO,FeO)·SiO2](MFS)
结果表明,复合尖晶石具有较好的抗渣性,复合尖晶石在方镁石与渣反应形成的橄榄石基质中以游离态存在,并在方镁石与渣反应形成的橄榄石基质中以自由态存在。

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