影響鎂鉻磚性能的幾個(gè)因素

一、制備工藝對(duì)鎂鉻磚性能的影響

生產(chǎn)工藝的不同使得鎂鉻材料的結(jié)構(gòu)存在明顯差異，進(jìn)而影響鎂鉻磚的性能。例如，直接結(jié)合鎂鉻磚熱震穩(wěn)定性好，電熔再結(jié)合鎂鉻磚的抗侵蝕性能強(qiáng)，半再結(jié)合鎂鉻磚的性能介于兩者之間。為此，本部分將詳細(xì)討論生產(chǎn)工藝對(duì)鎂鉻磚性能的影響。

1.組織結(jié)構(gòu)性能

不同生產(chǎn)工藝制備的鎂鉻耐火材料的顯氣孔率、體積密度如圖3-5所示。

從圖3-5可知，不同工藝的鎂鉻耐火材料的氣孔率和體積密度差異較大，氣孔率變化規(guī)律如下：硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料（T)>直接結(jié)合鎂鉻耐火材料(C)>半再結(jié)合鎂鉻耐火材料(B)>電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料（D);體積密度則呈相反趨勢(shì)。這主要是由工藝不同引起的，優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚（電熔再結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚）由于其生產(chǎn)原料純度高、成型壓力高、燒成溫度高，因此制品的結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低，體積密度大。由此可見(jiàn)，生產(chǎn)工藝對(duì)耐火材料性能影響很大。

熱態(tài)強(qiáng)度

生產(chǎn)工藝對(duì)鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度的影響如圖3-6所示。

從圖3-6中可以看出，不同工藝的鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度變化規(guī)律如下：硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料<直接結(jié)合鎂鉻耐火材料<半再結(jié)合鎂鉻耐火材料<電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料。由于高溫抗折強(qiáng)度主要代表了磚中各礦物的結(jié)合情況，這說(shuō)明電熔再結(jié)合鎂鉻磚的結(jié)合強(qiáng)度最大，因而高溫下其抗侵蝕沖刷能力最好。

由于液相在不同晶粒間的滲透能力要低于在相同晶粒間的滲透能力，當(dāng)液相含量固定時(shí)，第二固相的出現(xiàn)會(huì)使固-固接觸增加，從而能夠提高磚的高溫強(qiáng)度。在生產(chǎn)電烙再結(jié)合鎂鉻磚或半再結(jié)合鎂鉻磚時(shí)，添加預(yù)合成鎂鉻砂為原料，從而提高了第二固相的含量，使磚的高溫強(qiáng)度增大。

從圖3-6中可以看出，不同工藝的鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度變化規(guī)律如下：硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料<直接結(jié)合鎂鉻耐火材料<半再結(jié)合鎂鉻耐火材料<電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料。由于高溫抗折強(qiáng)度主要代表了磚中各礦物的結(jié)合情況，這說(shuō)明電熔再結(jié)合鎂鉻磚的結(jié)合強(qiáng)度最大，因而高溫下其抗侵蝕沖刷能力最好。

由于液相在不同晶粒間的滲透能力要低于在相同晶粒間的滲透能力，當(dāng)液相含量固定時(shí)，第二固相的出現(xiàn)會(huì)使固-固接觸增加，從而能夠提高磚的高溫強(qiáng)度。在生產(chǎn)電烙再結(jié)合鎂鉻磚或半再結(jié)合鎂鉻磚時(shí)，添加預(yù)合成鎂鉻砂為原料，從而提高了第二固相的含量，使磚的高溫強(qiáng)度增大。

2.熱震穩(wěn)定性

采用1100℃，風(fēng)冷1次后的殘存強(qiáng)度百分率比較各種鎂鉻磚的熱震穩(wěn)定性，結(jié)果如圖3-7所示。由圖3-7可知，不同生產(chǎn)工藝鎂鉻磚中普通鎂鉻磚的熱震穩(wěn)定性最好，半再結(jié)合鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚次之，電熔再結(jié)合鎂鉻磚最差。

3.抗渣性

由于晶間尖晶石是從硅酸鹽液相中析出的，因此少量SiO2的存在對(duì)晶間尖晶石形成有利。但SiO2含量多了，液相量會(huì)顯著増加，從而降低鎂鉻磚高溫強(qiáng)度并有助于外來(lái)熔體沿液相渠道的滲入，使侵蝕加劇。CaO含量高了，會(huì)顯著降低出現(xiàn)液相的溫度，對(duì)高溫強(qiáng)度與抗侵蝕不利，特別是在鎂鉻磚中A12O3與Fe2O3含量高時(shí)更為顯著。因此，在制作優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚時(shí)，應(yīng)盡量選用SiO2、CaO、Fe2O3(FeO)含量低，而Cr2O3、A12O3含量高的鉻礦為原料。

以我國(guó)目前實(shí)際使用的普通鎂鉻磚（即硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚）、電熔再結(jié)合鎂鉻磚與共燒結(jié)鎂鉻k18a5f5為試樣，進(jìn)行了抗低冰鎳及抗轉(zhuǎn)爐渣侵蝕的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3-1。

二、鉻礦對(duì)鎂鉻磚性能的影響

鉻礦是生產(chǎn)鎂鉻磚的主要原料，因來(lái)源的不同，其主要雜質(zhì)含量各異。此外，鉻礦的加入量也會(huì)對(duì)鏷鉻磚的性能產(chǎn)生影響。本部分將主要闡明鉻礦來(lái)源及加入量對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響。

1.鉻礦粒度的影響

國(guó)產(chǎn)的高鉻礦w(Cr2O3)>53%)雖氧化鐵含量遠(yuǎn)低于南非鉻礦，但二氧化硅含量較高。為此，主要研究了國(guó)產(chǎn)高鉻礦的粒度組成對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響，結(jié)果示于圖3-8。由圖3-8可知，制品的耐壓強(qiáng)度隨著鉻礦臨界粒度的減小而提高，高溫抗折強(qiáng)度（1400℃，0.5h)則隨著鉻礦臨界粒度的減小而降低，鉻礦臨界粒度為1.5mm時(shí)，熱震穩(wěn)定性出現(xiàn)峰值。

2.鉻礦加入量的影響

將電熔鎂砂與南非鉻礦按照不同的比例配制成Cr2O3含量不同的直接結(jié)合鎂鉻試樣，在1740℃的高溫隨道窯中燒成，所用電熔鎂砂、南非鉻礦以及鎂鉻試樣的化學(xué)成分見(jiàn)表3-2。

南非鉻礦對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響分別示于圖3-9~圖3-11。

由圖3-10~圖3-11可知，隨著鉻礦含量的增加，直接結(jié)合鎂鉻試樣的顯氣孔率降低、體積密度增加、熱震穩(wěn)定性提高。光學(xué)顯微鏡、SEM和EDAX分析表明，高溫煅燒之后，南非鉻礦中的絕大多數(shù)氧化鐵均進(jìn)人方鎂石相中，形成（MgO、FeO)固溶體或鐵酸鎂二次尖晶石。在前面分析中曾提到，形成（Mg,Fe)O時(shí)體積收縮20%，而且在有CaO存在下，在1500℃就已有液相出現(xiàn)，促使致密燒結(jié)，這就是南非礦使燒結(jié)合成料體積密度增加，氣孔率下降的原因之一。

EDAX分析鎂富氏體相成分可知：各倍半氧化物在方鎂石的固溶量次序?yàn)椋篎e2O3>Cr2O3>Al2O3,雖也有一定量氧化鎂通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入鉻鐵尖晶石中，但比較而言，鉻鐵尖晶石中的倍半氧化物（尤其是Fe203)進(jìn)人方鎂石中的量大于氧化鎂進(jìn)入鉻鐵復(fù)合尖晶石中的量。故經(jīng)高溫煅燒后，鎂砂與鉻礦的成分均發(fā)生變化，方鎂石中形成了較多的二次尖晶石，其典型成分（EDAX分析，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：MgO 75.90%，Al2O3 3.21%，F(xiàn)e2O3 15.49%，Cr2O3 5.42%。鉻礦顆粒的成分變化也較大，鉻礦顆粒的典型化學(xué)成分為（直接結(jié)合的邊界）；MgO 21.69%，Cr2O3 47.35%，A12O3 12.31%，F(xiàn)e2O3 12.73%，故該直接結(jié)合鎂鉻材料的直接結(jié)合程度高。所以隨著鉻礦含量的增加，顯著地改善了鎂鉻試樣的物理性能。

直接結(jié)合鎂鉻磚抗有色冶煉介質(zhì)侵蝕性能與鉻礦含量的關(guān)系示于圖3-12。

隨著試樣中Cr203含量的增加，其抗有色冶煉介質(zhì)的侵蝕能力明顯增加，抗侵蝕和抗?jié)B透能力。