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鎂質(zhì)不定形耐火材料的功能、用途及應(yīng)用都有什么問題???
發(fā)布日期:2024-08-12 訪問量:108493區(qū)別于定型耐火材料,不定形耐火材料不需要預(yù)先成型和燒成,是一種將具有一定級(jí)配的耐火骨料和粉料與結(jié)合劑和外加劑混合制得的耐火材料。不定形耐火材料的綜合性能優(yōu)異,在生產(chǎn)上具有工藝簡(jiǎn)單、周期短、能耗低等優(yōu)點(diǎn);在應(yīng)用上能夠任意造型、效率高、能夠滿足復(fù)雜構(gòu)型的襯體施工和修補(bǔ)的要求。正是由于不定形耐火材料在生產(chǎn)及應(yīng)用上的特點(diǎn),不僅符合了低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求,而且也符合“綠色耐火材料”的發(fā)展理念,是“綠色化”發(fā)展的重要方向,因此在世界各國(guó)都得到了迅猛發(fā)展。
不定形耐火材料是世界耐材未來發(fā)展的重要趨勢(shì),在工業(yè)先進(jìn)不定形耐火材料的生產(chǎn)和應(yīng)用比例越來越高,有的甚至已經(jīng)超過了定型耐火材料。目前歐美的不定形耐火材料已占耐火材料總產(chǎn)量的50%以上、日本更是達(dá)到63.7%,其中日本更大的新日鐵公司使用不定形耐火材料的比例已達(dá)74%以上,而我國(guó)的比例還不到30%,而且大多以中低檔產(chǎn)品為主。目前遼寧省每年約有100萬噸的產(chǎn)量,無論是數(shù)量上還是品種上都存在很大差距。
1、鎂質(zhì)不定形耐火材料功能及用途
鎂質(zhì)不定形耐火材料是指以MgO為主要成分的不定形耐火材料,包括MgO-Al2O3、MgO-尖晶石、MgO-ZrO2以及它們的含碳材料等,又稱為MgO基耐火材料,是更具代表性、使用最廣的優(yōu)質(zhì)堿性耐火材料,多年來已廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)。
根據(jù)施工方法的不同,鎂質(zhì)不定形耐火材料主要包括澆注料、修補(bǔ)料、噴補(bǔ)料、搗打料、噴涂料、可塑料、干式料等。其中,澆注料在加水?dāng)嚢韬蟮牧鲃?dòng)性較好,既可澆注成襯體使用,又可制成預(yù)制塊使用,同時(shí)又具備施工容易、效率高、整體性好、節(jié)能以及與定形耐火制品性能相近等特點(diǎn),成為發(fā)展最為快速的不定形耐火材料。目前我國(guó)耐火材料的總產(chǎn)量雖然很高,但都是以中低檔產(chǎn)品為主,優(yōu)質(zhì)高性能產(chǎn)品產(chǎn)量不足,特別是澆注料,無論是品種上,還是在數(shù)量上其發(fā)展空間都很大。
根據(jù)質(zhì)地的不同,鎂質(zhì)耐火澆注料主要有鎂質(zhì)、尖晶石質(zhì)、鎂硅質(zhì)和鎂碳質(zhì)等多種。其中鎂質(zhì)(方鎂石)是以鎂砂作為骨料,并加入細(xì)粉配制而成,具有有純度高、耐火性能高、燒后線變化率小、荷重軟化氣溫高、以及優(yōu)良的抗渣侵蝕性和不污染鋼水等優(yōu)點(diǎn),受到人們的重視,廣泛應(yīng)用于鋼包、中間包等部位。
煉鋼中間包形狀和大小是由流出的鋼水位置和流股數(shù)量決定的,隨著冶煉技術(shù)的發(fā)展,中間包的容量在逐步增大,同時(shí)按澆注鋼種冶煉方式和是否需要烘烤等條件,中間包又分為以下幾種類型:一、高溫中間包,采用鎂磚內(nèi)襯需預(yù)熱至1500℃左右,是為某一特定的冶金過程所設(shè)置;二、熱中間包,采用燒成轉(zhuǎn)或不燒磚澆注料作內(nèi)襯,澆注前需預(yù)熱至800℃-1000℃,是最常見的中間包;三、冷中間包,內(nèi)襯采用絕熱板,在澆注前不需要預(yù)熱。
因此,在中間包上應(yīng)用的耐火材料應(yīng)具以下幾種性能:一、良好的抗熔渣和鋼水的侵蝕性,使用壽命長(zhǎng);二、抗熱震性好,在接觸鋼水時(shí)不炸裂;三、熱傳導(dǎo)率低和熱膨脹性小,能夠保證中間包襯的整體和保溫性;四、對(duì)鋼水污染小,能保證鋼水質(zhì)量;五、應(yīng)用在內(nèi)襯材料的形狀和結(jié)構(gòu)要能夠方便砌包和拆卸。
隨著鋼鐵冶煉新技術(shù)的應(yīng)用及潔凈鋼產(chǎn)量的增多,冶煉條件不斷強(qiáng)化,應(yīng)用在鋼包工作襯的耐火材料需要更高的抗渣性、抗?jié)B透性、抗剝落性。由于MgO-C磚和Al2O3-MgO-C磚鋼包襯存在嚴(yán)重的對(duì)鋼水污染問題,已經(jīng)難以滿足這種苛刻的冶煉條件。由于鎂質(zhì)耐火材料對(duì)鋼水的污染明顯低于高鋁質(zhì)耐火材料,因此發(fā)展和提高鎂質(zhì)澆注料的質(zhì)量性能已經(jīng)成為鋼包整體耐火材料應(yīng)用的迫切需要。
2、鎂質(zhì)不定形耐火材料應(yīng)用問題
氧化鎂具有高熔點(diǎn)和耐火度(2800℃)、以及高的抗堿性熔渣和熔融金屬的侵蝕性能的特點(diǎn),因此能改善鋼鐵冶煉用預(yù)制襯的性能。但是,由于氧化鎂易與水反應(yīng)以及反應(yīng)所產(chǎn)生的體積膨脹,因此對(duì)于鎂質(zhì)耐火澆注料來說,在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)上漲、裂紋等現(xiàn)象,另外快速烘烤過程中產(chǎn)生的較大的熱應(yīng)力也會(huì)造成強(qiáng)烈的熱震損傷,甚至?xí)霈F(xiàn)爆裂現(xiàn)象。這些問題嚴(yán)重影響了鎂質(zhì)澆注料的高溫使用性能,從而限制了其在高溫領(lǐng)域的大規(guī)模使用。
氧化鎂水化機(jī)理:
鎂砂水化主要發(fā)生在澆注料混合和氧化階段(與水反應(yīng))、干燥階段(與水蒸氣反應(yīng))、以及儲(chǔ)存階段(與水氣反應(yīng)),具體反應(yīng)如下:
MgO+H2O→Mg(OH)2(1)
MgO+H2O+CO2→MgO+H2CO3-MgCO3(2)
其中反應(yīng)式(1)得到的是氫氧化鎂和水鎂石晶體,當(dāng)有澆注料中的自由水比較多時(shí),水會(huì)與CO2生成碳酸(H2CO3),而碳酸與氧化鎂發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鎂,即反應(yīng)式(2)。上述反應(yīng)在儲(chǔ)存階段和預(yù)制件部分均能發(fā)生,從而使產(chǎn)生的碳酸鎂存在于模板面上。對(duì)于兩種水化過程,體積膨脹均為2.5倍,同碳酸鎂優(yōu)先在氧化鎂表面上生成一樣,水鎂石通常與體積變化有關(guān),并影響耐火材料的結(jié)構(gòu)和性能。
對(duì)于單晶氧化鎂而言,由于其單晶體結(jié)構(gòu),當(dāng)與水接觸時(shí),氧化鎂的立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成碳酸鎂的六方結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)變化引起
的體積膨脹會(huì)產(chǎn)生帶狀微裂紋。前期水化為誘導(dǎo)期,這期間的水化速率主要取決于反應(yīng)表面,因此速率較低;中期水化逐漸向晶粒中心發(fā)展,同時(shí)體積膨脹產(chǎn)生的微裂紋也有助于水的擴(kuò)散,水化速率快速提高;后期水化隨著水鎂石層的生成,水的擴(kuò)散被控制,水化速率減慢并最終結(jié)束。
對(duì)于多晶氧化鎂而言,由于耐火材料所用鎂砂均為多晶結(jié)構(gòu),故其水化過程是研究的重點(diǎn)。不同于單晶結(jié)構(gòu),多晶氧化鎂具有幾種不同的結(jié)晶學(xué)定相顆粒,界面清晰,且晶界具有較高的自由能,與水易反應(yīng)。在水化過程中,晶界連接被水化產(chǎn)生的較大應(yīng)力所打斷,原始顆粒被分解成多個(gè)小顆粒,因此氣孔率、總表面積和水化速率顯著增大,硬度顯著下降。多晶氧化鎂水化的誘導(dǎo)期比單晶氧化鎂要短得多,這一過程累積成晶界總水化,經(jīng)過這一點(diǎn)后,其水化過程與單晶氧化鎂相同。
因此,對(duì)于鎂質(zhì)澆注料來說,如何提高其抗水化性能,促進(jìn)其在更多領(lǐng)域更好的發(fā)展是鎂質(zhì)材料行業(yè)的主要課題之一,對(duì)加快鎂質(zhì)材料行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。