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              鎂質不定形耐火材料的功能、用途及應用問題

              編輯:耐火澆注料   時間:2022-04-08    瀏覽:85   
              區別于定型耐火材料,不定形耐火材料不需要預先成型和燒成,是一種將具有一定級配的耐火骨料和粉料與結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異,在生產上具有工藝簡單、周期短、能耗低等優點;在應用上能夠任意造型、效率高、能夠滿足復雜構型的襯體施工和修補的要求。正是由于不定形耐火材料在生產及應用上的特點,不僅符合了低碳經濟的發展要求,而且也符合&ldquo;綠色耐火材料&rdquo;的發展理念,是&ldquo;綠色化&rdquo;發展的重要方向,因此在世界各國都得到了迅猛發展。 
              不定形耐火材料是世界耐材未來發展的重要趨勢,在工業先進國家不定形耐火材料的生產和應用比例越來越高,有的甚至已經超過了定型耐火材料。目前歐美國家的不定形耐火材料已占耐火材料總產量的50%以上、日本更是達到63.7%,其中日本的新日鐵公司使用不定形耐火材料的比例已達74%以上,而我國的比例還不到30%,而且大多以中低檔產品為主。目前遼寧省每年約有100萬噸的產量,無論是數量上還是品種上都存在很大差距。 
               
              1、鎂質不定形耐火材料功能及用途 
              鎂質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,是代表性、使用最廣的優質堿性耐火材料,多年來已廣泛應用于冶金行業。 
              根據施工方法的不同,鎂質不定形耐火材料主要包括澆注料、修補料、噴補料、搗打料、噴涂料、可塑料、干式料等。其中,澆注料在加水攪拌后的流動性較好,既可澆注成襯體使用,又可制成預制塊使用,同時又具備施工容易、效率高、整體性好、節能以及與定形耐火制品性能相近等特點,成為發展最為快速的不定形耐火材料。目前我國耐火材料的總產量雖然很高,但都是以中低檔產品為主,優質高性能產品產量不足,特別是澆注料,無論是品種上,還是在數量上其發展空間都很大。 
              根據質地的不同,鎂質耐火澆注料主要有鎂質、尖晶石質、鎂硅質和鎂碳質等多種。其中鎂質(方鎂石)是以鎂砂作為骨料,并加入細粉配置而成,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、以及優良的抗渣侵蝕性和不污染鋼水等優點,受到人們的重視,廣泛應用于鋼包、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量決定的,隨著冶煉技術的發展,中間包的容量在逐步增大,同時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,采用鎂磚內襯需預熱至1500℃左右,是為某一特定的冶金過程所設置;二、熱中間包,采用燒成轉或不燒磚澆注料作內襯,澆注前需預熱至800℃-1000℃,是最常見的中間包,;三、冷中間包,內襯采用絕熱板,在澆注前不需要預熱。 
              因此,在中間包上應用的耐火材料應具以下幾種性能:一、良好的抗熔渣和鋼水的侵蝕性,使用壽命長;二、抗熱震性好,在接觸鋼水時不炸裂;三、熱傳導率低和熱膨脹性小,能夠保證中間包襯的整體和保溫性;四、對鋼水污染小,能保證鋼水質量;五、應用在內襯材料的形狀和結構要能夠方便砌包和拆卸。 
              隨著鋼鐵冶煉新技術的應用及潔凈鋼產量的增多,冶煉條件不斷強化,應用在鋼包工作襯的耐火材料需要更高的抗渣性、抗滲透性、抗剝落性。由于MgO-C磚和Al2O3-MgO-C磚鋼包襯存在嚴重的對鋼水污染問題,已經難以滿足這種苛刻的冶煉條件。由于鎂質耐火材料對鋼水的污染明顯低于高鋁質耐火材料,因此發展和提高鎂質澆注料的質量性能已經成為鋼包整體耐火材料應用的迫切需要。 
               

               
              2、鎂質不定形耐火材料應用問題 
              氧化鎂具有高熔點和耐火度(2800℃)、以及高的抗堿性熔渣和熔融金屬的侵蝕性能的特點,因此能改善鋼鐵冶煉用預制襯的性能。但是,由于氧化鎂易與水反應以及反應所產生的體積膨脹,因此對于鎂質耐火澆注料來說,在生產過程中容易出現上漲、裂紋等現象,另外快速烘烤過程中產生的較大的熱應力也會造成強烈的熱震損傷,甚至會出現爆裂現象。這些問題嚴重影響了鎂質澆注料的高溫使用性能,從而限制了其在高溫領域的大規模使用。 
              氧化鎂水化機理: 
              鎂砂水化主要發生在澆注料混合和氧化階段(與水反應)、干燥階段(與水蒸氣反應)、以及儲存階段(與水氣反應),具體反應如下: 
              MgO+H2O&rarr;Mg(OH)2(1) 
              MgO+H2O+CO2&rarr;MgO+H2CO3-MgCO3(2) 
              其中反應式(1)得到的是氫氧化鎂和水鎂石晶體,當有澆注料中的自由水比較多時,水會與CO2生成碳酸(H2CO3),而碳酸與氧化鎂發生反應生成碳酸鎂,即反應式(2)。上述反應在儲存階段和預制件部分均能發生,從而使產生的碳酸鎂存在于模板面上。對于兩種水化過程,體積膨脹均為2.5倍,同碳酸鎂優先在氧化鎂表面上生成一樣,水鎂石通常與體積變化有關,并影響耐火材料的結構和性能。 
              對于單晶氧化鎂而言,由于其單晶體結構,當與水接觸時,氧化鎂的立方結構轉變成碳酸鎂的六方結構,結構變化引起的體積膨脹會產生帶狀微裂紋。前期水化為誘導期,這期間的水化速率主要取決于反應表面,因此速率較低;中期水化逐漸向晶粒中心發展,同時體積膨脹產生的微裂紋也有助于水的擴散,水化速率快速提高;后期水化隨著水鎂石層的生成,水的擴散被控制,水化速率減慢并最終結束。具體水化過程如圖1所示。 
               
              圖1單晶氧化鎂水化過程 
              對于多晶氧化鎂而言,由于耐火材料所用鎂砂均為多晶結構,故其水化過程是研究的重點。不同于單晶結構,多晶氧化鎂具有幾種不同的結晶學定相顆粒,界面清晰,且晶界具有較高的自由能,與水易反應。在水化過程中,晶界連接被水化產生的較大應力所打斷,原始顆粒被分解成多個小顆粒,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期比單晶氧化鎂要短的多,這一過程累積成晶界總水化,經過這一點后,其水化過程與單晶氧化鎂相同,如圖2所示。 
               
              圖2多晶氧化鎂水化過程 
              因此,對于鎂質澆注料來說,如何提高其抗水化性能,促進其在更多領域更好的發展是鎂質材料行業的主要課題之一,對加快鎂質材料行業技術進步具有重要意義。 
               
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