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锆英石对镁质复相耐火材料各项使用性能的影响
浏览:376 发布日期:2022-07-28
不烧镁质复相耐火材料中适量引入锆英石有利于提高系统的抗渣性及热震稳定性,锆英石中二氧化硅与镁质材料中氧化镁形成高熔点矿物相镁橄榄石,同时锆英石中二氧化锆能吸收渣中的氧化钙形成锆酸钙,堵塞材料中气孔,抑制渣的进一步渗透等。
 
 
1.锆英石对镁质复相耐火材料热膨胀系数和热膨胀率的影响:
 
从锆英石对镁质复相耐火材料试样线膨胀率随试样温度变化趋势可以看出,当试样温度小于1100℃时,镁质复相耐火材料试样线膨胀率随着试样温度升高而逐渐稳定增大,锆英石的加入对镁质复相耐火材料线膨胀率影响不大。
 
当试验温度大于1300℃时,锆英石试样的线膨胀率的增大趋势减缓,线膨胀系数呈减小趋势。锆英石加入量(质量分数)小于4%时,镁质复相材料在1100~1300℃之间的线膨胀率和线膨胀系数随锆英石加入量增大而减小。
 
镁质复相耐火材料结构中高纯镁砂细粉、氧化铝微粉和氧化铬微粉在约1100℃时开始固相反应形成镁铝尖晶石、镁铬尖晶石以及镁铝铬尖晶石固溶体是导致镁质复相材料试样热膨胀系数增大的主要原因。
 
试样的热膨胀率和热膨胀系数在1100~1300℃之间时,出现了更强的增大趋势,其中在1170℃时出现了一个拐点,热膨胀率和热膨胀系数增大趋势减弱。在1100℃出现热膨胀率和热膨胀系数显著增大的原因有两个方面:
 
(1)镁质复相耐火材料质质中原位尖晶石的形成伴随有8%~10%的体积膨胀导致了镁质复相材料试样线膨胀系数的增大,当试验温度达到1300℃时,试样体积效应最强,而温度的继续升高和原位反应的逐渐结束使得不烧砖试样的线膨胀系数逐渐减小。
 
(2)镁质复相耐火材料质质中原料——高纯镁砂中的氧化镁与锆英石在约1100℃时发生了反应(MgO+ZrSiO4→Mg2iO4+氧化锆),导致不烧砖试样的体积膨胀,原因是反应形成了高温相镁橄榄石相和单斜晶型的二氧化锆。
 
2.锆英石对镁质复相耐火材料烧后线变化率的影响:
 
锆英石对镁质复相耐火材料在1100℃和1500℃烧后试样的烧后线变化率的影响分析,随着锆英石加入量增加,烧后试样的烧后线变化率逐渐增大,经1500℃烧后试样的膨胀性明显高于经1100℃烧后试样的膨胀性。
 
经1100℃烧后试样中锆英石与氧化镁固相反应产生的体积膨胀加剧,加之部分原位尖晶石的形成,因此随着锆英石加入量的增加,经1100℃烧后试样的烧后线变化率逐渐增大。
 
经1500℃烧后试样中锆英石与氧化镁固相反应和二氧化锆晶型转变都已经结束,随着配方中锆英石加入量增加,形成的四方晶型二氧化锆有利于提高尖晶石的原位反应,因此经1500℃烧后试样的烧后线变化率呈逐渐增大趋势。
 
3.锆英石对镁质复相耐火材料烧后体积密度和显气孔率的影响:
 
经过110℃干燥后试样的体积密度和显气孔率随着锆英石加入量的增加变化趋势不明显,试样体积密度在3.15~3.18g/cm3范围之内,显气孔率在12%~14%范围之内。
 
而随着锆英石加入量的增加,经1100℃烧后试样的体积密度呈现逐渐减小趋势,显气孔率呈现逐渐增大趋势。当锆英石加入量(质量分数)小于6%时,经1500℃烧后试样体积密度随着锆英石加入量增加而逐渐减小,显气孔率逐渐增大。
 
经1500℃烧后试样随着锆英石加入量增加,镁质复相耐火材料试样质体烧结性增强,虽然烧后试样出现体积膨胀,但质体烧结性能增强使得镁质复相材料烧后试样的体积密度随着锆英石的加入而增大。
 
4.锆英石对镁质复相耐火材料烧后常温抗折强度的影响:
 
从锆英石加入量镁质复相耐火材料经110℃干燥后试样常温抗折强度的影响趋势可以看出,干燥后试样的常温抗折强度变化趋势不明显。
 
经110℃干燥后试样的常温强度主要源于试验选用的磷酸盐结合剂在镁质复相材料内部所形成网络结构,干燥后不烧砖试样中多余的物理水蒸发出去,镁质复相材料中加入锆英石没有改变干燥后试样质体中磷酸盐所形成的网络结构。
 
经1100℃和1500℃烧后试样常温抗折强度明显比经110℃干燥后试样的常温抗折强度小,1100℃烧后试样中几乎不存在磷酸盐结合的网络结构,烧后试样的常温强度随着锆英石与高纯镁砂中氧化镁固相反应所造成的体积膨胀而逐渐降低。
 
经1500℃烧后试样的常温抗折强度随着锆英石加入量增加而呈现增大趋势,锆英石反应形成的二氧化锆对镁质复相材料起到促进烧结的作用,试样质质中形成的原位尖晶石以及反应形成的镁橄榄石有利于烧后镁质复相材料的直接结合。
 
5.锆英石对镁质复相耐火材料热震稳定性的影响:
 
热震后试样常温耐压强度保持率评价镁质复相耐火材料试样热震稳定性可以看出,当锆英石加入量(质量分数)为4%时,即试样的热震稳定性最佳,镁质复相材料热震后试样常温耐压强度保持率也是最高,达到91.6%。
 
同时从热震前后试样常温耐压强度变化趋势也可以看出,镁质复相耐火材料中加入4%(质量分数)锆英石,烧后试样的常温耐压强度在热震前后均处于最高值。
 
随着烧后镁质复相耐火材料中原位尖晶石数量的增加不同种类和数量尖晶石(镁铝尖晶石、镁铬尖晶石、镁铝铬尖晶石固溶体)所形成的复相结构使得烧后镁质复相材料试样质质结构中形成了由于不同尖晶石热膨胀系数不同而形成的大量微小裂纹,从而缓解由于试样在承受温度变化过程中试样结构中所形成的热应力。
 
随着锆英石加入量的增加,锆英石与氧化镁形成高熔点矿物相镁橄榄石数量增大,不烧砖结构中形成了原位尖晶石、镁橄榄石和四方晶型二氧化锆的多相结构,结构中多种高温相所形成的复相结构有利于提高镁质复相耐火材料试样的热震稳定性。