耐火材料工艺学 氧化镁-氧化钙系耐火材料.ppt
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1、主要组分为氧化镁、氧化钙或二者兼有的耐火材料。主要组分为氧化镁、氧化钙或二者兼有的耐火材料。按化学组成按化学组成分类:分类:MgO含量在含量在80以上,以方镁石为主晶相的耐以上,以方镁石为主晶相的耐火材料为火材料为镁质耐火材料;镁质耐火材料;主要矿物为氧化钙,主要矿物为氧化钙,CaO含量在含量在95以上的耐火以上的耐火材料为材料为石灰耐火材料;石灰耐火材料;以天然白云石为主要原料制作的耐火材料属以天然白云石为主要原料制作的耐火材料属白云白云石质耐火材料。石质耐火材料。第五章第五章 氧化镁氧化钙系耐火材料氧化镁氧化钙系耐火材料 特点:特点:氧化镁氧化钙系耐火材料属于碱性耐火氧化镁氧化钙系耐火材料
2、属于碱性耐火材料,耐火度高,抗碱性渣和铁渣侵蚀的能力强,材料,耐火度高,抗碱性渣和铁渣侵蚀的能力强,CaO不与钢水作用,可提高钢水的洁净度。不与钢水作用,可提高钢水的洁净度。一、与镁质耐火材料有一、与镁质耐火材料有关的物系关的物系 1、MgOC的氧化还的氧化还原反应原反应 氧化镁的熔点氧化镁的熔点达达2800,但在,但在1800便产生便产生MgO的的升华现象。升华现象。第一节第一节 镁质耐火材料镁质耐火材料图图5-1 氧化镁和一氧化碳的生成自由能与温度和压力的关系氧化镁和一氧化碳的生成自由能与温度和压力的关系2、MgO FeO系系 氧化镁与氧化亚铁形氧化镁与氧化亚铁形成连续固溶体,在成连续固溶
3、体,在1200即开始显著即开始显著进行,进行,MgO吸收大吸收大量的量的FeO而不生成液而不生成液相。相。图图5-2 MgO FeO系系3、MgO Fe2O3系系 该二元系中有一化合物铁酸该二元系中有一化合物铁酸镁(镁(MgOFe2O3),分解),分解温度温度1720。铁酸镁在方镁。铁酸镁在方镁石中的溶解度随温度的升高石中的溶解度随温度的升高而增加。既使而增加。既使MgO吸收大量吸收大量的的Fe2O3后耐火度仍很高。后耐火度仍很高。故镁质耐火材料对含铁炉渣故镁质耐火材料对含铁炉渣有良好的抵抗力有良好的抵抗力。图图5-3 MgO Fe2O3系系二、镁质耐火制品结合物及其组织结构特点二、镁质耐火制
4、品结合物及其组织结构特点1、结合物、结合物 (1)硅酸盐)硅酸盐 以以C3S为结合物时,荷重变形温为结合物时,荷重变形温度高,抗渣好,但烧结性差,易形成度高,抗渣好,但烧结性差,易形成CaO和晶型和晶型转化的转化的C2S;以;以C3MS2、CMS为结合剂的制品荷为结合剂的制品荷重变形温度低,耐压强度小;以重变形温度低,耐压强度小;以C2S为结合物烧结为结合物烧结性差,荷重变形温度高,但性差,荷重变形温度高,但C2S的晶型转化易造成的晶型转化易造成制品开裂;以制品开裂;以C2S或或M2S为结合物的制品具有较高为结合物的制品具有较高的荷重变形温度,对碱性或铁质渣的化学稳定性的荷重变形温度,对碱性或
5、铁质渣的化学稳定性高,抗渣性高。高,抗渣性高。(2)铁的氧化物和铁酸盐)铁的氧化物和铁酸盐铁氧化物的氧化和还铁氧化物的氧化和还原都伴随较大的体积原都伴随较大的体积变化,在气氛性质经变化,在气氛性质经常波动的条件下使用,常波动的条件下使用,则其铁的含量不超过则其铁的含量不超过10%。(3)尖晶石结合物)尖晶石结合物 1)MA与方镁石一样是等轴晶系,热膨胀性与方镁石一样是等轴晶系,热膨胀性属各向同性,而且它的膨胀系数比普通镁砖小。属各向同性,而且它的膨胀系数比普通镁砖小。这是镁铝砖热稳定性高的重要原因;这是镁铝砖热稳定性高的重要原因;2)以)以MA为结合物的为结合物的 镁铝砖弹性模量(镁铝砖弹性模
6、量(0.120.28105MPa)较普通镁砖()较普通镁砖(0.6105MPa)小得多,这也是热震稳定性高的)小得多,这也是热震稳定性高的一个原因;一个原因;3)MF在在MA中的溶解度较在方镁石中的溶解度大中的溶解度较在方镁石中的溶解度大得多,因此得多,因此MA能从方镁石中转移能从方镁石中转移MF从而消除了从而消除了MF因温度波动引起的向方镁石中溶解或自其内部因温度波动引起的向方镁石中溶解或自其内部析出的作用,从而提高方镁石的塑性,消除对热震析出的作用,从而提高方镁石的塑性,消除对热震稳定性的不良影响;稳定性的不良影响;4)MA与与FeO反应可生成含有氧化铁的尖晶石;反应可生成含有氧化铁的尖晶
7、石;5)尖晶石的熔点为)尖晶石的熔点为2135,且与方镁石形成二元,且与方镁石形成二元系的始熔温度较高(系的始熔温度较高(1995),因而以),因而以MA作结合作结合物的制品的耐火度和荷重变形温度较高。物的制品的耐火度和荷重变形温度较高。2、组织结构特点、组织结构特点 从微观结构看,耐火制品非均一物质,而是由从微观结构看,耐火制品非均一物质,而是由不同化学成分及不同结构的矿物组成的。不同化学成分及不同结构的矿物组成的。一种是直接结合;一种是直接结合;一种是液相包围颗粒;一种是液相包围颗粒;一种是液相在颗粒间隙中。一种是液相在颗粒间隙中。四、镁质原料四、镁质原料 1、镁石(即菱镁矿)、镁石(即菱
8、镁矿)(1)镁石的化学矿物组成:镁石是一种几)镁石的化学矿物组成:镁石是一种几乎完全由乎完全由MgCO3组成的天然矿石。其理论组成的天然矿石。其理论组成:组成:MgO47.82%,CO252.18%。(2)镁石在煅烧过程中的物理化学变化:)镁石在煅烧过程中的物理化学变化:350开始分解;开始分解;2、海水镁砂:、海水镁砂:海水镁砂的特点是海水用之不竭,其产品纯度海水镁砂的特点是海水用之不竭,其产品纯度高,高,MgO含量在含量在95以上。以上。以一种能产生氢氧根的材料与海水中的镁盐反以一种能产生氢氧根的材料与海水中的镁盐反应应,沉淀出沉淀出Mg(OH)2。第二节第二节 白云石质耐火材料白云石质耐
9、火材料以白云石作为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石以白云石作为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。按其化学矿物组成分为两类:质耐火材料。按其化学矿物组成分为两类:(1)含有游离石灰的白云石质耐火材料:矿物组成位于)含有游离石灰的白云石质耐火材料:矿物组成位于MgOCaOC3SC4AFC2F(或或C3A)系,组成中含有系,组成中含有难于烧结的活性难于烧结的活性CaO,极易吸潮粉化,称不稳定或不抗,极易吸潮粉化,称不稳定或不抗水的白云石质耐火材料。水的白云石质耐火材料。(2)不含游离石灰的白云石质耐火材料。矿物组成为)不含游离石灰的白云石质耐火材料。矿物组成为MgO、C3S、C2S
10、、C4AF、C2FX(或或C3A)。CaO全部呈全部呈结合态,不会水化粉散,称稳定性或抗水性白云石质耐结合态,不会水化粉散,称稳定性或抗水性白云石质耐火材料。火材料。一、天然白云石原料和人工合成白云石一、天然白云石原料和人工合成白云石 1天然白云石的性质天然白云石的性质 白云石是碳酸钙和碳酸镁白云石是碳酸钙和碳酸镁的复合盐,依的复合盐,依CaOMgO比值的不同,白云石原料比值的不同,白云石原料可分为白云石可分为白云石(比值约为比值约为1.39)、镁质白云石、镁质白云石(比值小比值小于于1.39)和钙质白云石和钙质白云石(比值大于比值大于1.39)三种。三种。2白云石原料在煅烧过程中的物理化学变
11、化白云石原料在煅烧过程中的物理化学变化(1)白云石的加热分解。白云石的加热分解。白云石在加热过程中分解,白云石在加热过程中分解,逸出逸出CO2。二、碳的作用二、碳的作用采用焦油、沥青、采用焦油、沥青、蒽油等有机结合剂蒽油等有机结合剂不但能防止水化,不但能防止水化,而且当其在砖中遇而且当其在砖中遇热裂解后,残存的热裂解后,残存的碳还会大大改善砖碳还会大大改善砖的性能。的性能。砖中的碳主要来自砖砖中的碳主要来自砖中有机结合剂或浸渍中有机结合剂或浸渍材料。其碳含量又与材料。其碳含量又与沥青的软化点和碳化沥青的软化点和碳化温度有关,选用高软温度有关,选用高软化点沥青较好。化点沥青较好。白云石的水化会给
12、炉衬带来极为不利的影响:白云石的水化会给炉衬带来极为不利的影响:1、体积膨胀,破坏砖体结构;、体积膨胀,破坏砖体结构;2、水化作用降低炉衬的含碳量;、水化作用降低炉衬的含碳量;3、阻碍碳素的石墨化,碳素只能以无定形状态、阻碍碳素的石墨化,碳素只能以无定形状态存在。存在。1、什么是镁质耐火材料?包括哪些制品?这类耐火材、什么是镁质耐火材料?包括哪些制品?这类耐火材料有哪些特点?料有哪些特点?2、镁质耐火制品的化学组成对其性能有哪些影响?、镁质耐火制品的化学组成对其性能有哪些影响?3、镁质耐火制品中的结合物有哪些?各有什么特点?、镁质耐火制品中的结合物有哪些?各有什么特点?4、镁质耐火材料的原料有
13、哪些?、镁质耐火材料的原料有哪些?5、简述镁质耐火制品的生产工艺要点?、简述镁质耐火制品的生产工艺要点?6、了解氧化镁、了解氧化镁氧化钙系其它类型耐火材料所用的氧化钙系其它类型耐火材料所用的原料及生产工艺。原料及生产工艺。习习 题题(第第5章章)第六章第六章 尖晶石耐火材料尖晶石耐火材料 定定义义:尖尖晶晶石石指指的的是是相相同同结结构构的的一一类类矿矿物物,化化学学通通式式可可表表示示为为AOR2O3(或或AR2O4),其其中中A代代表表二二价价元元素素离离子子,可可以以是是Mg2+、Fe2+等等;R为为三三价价元元素素,可可以以是是Al3+,Fe3+、Cr3+等等。它它们们大大部部分分都都
14、以以同同晶晶型型固固溶溶体体的的形式存在。所有尖晶石借晶格膨胀形成固溶体。形式存在。所有尖晶石借晶格膨胀形成固溶体。分分类类:尖尖晶晶石石耐耐火火材材料料按按其其所所用用的的原原料料及及其其组组成成可可分为:分为:铬砖、铬镁砖、镁铬砖、镁铝尖晶石铬砖、铬镁砖、镁铬砖、镁铝尖晶石耐火材料。耐火材料。直接结合镁铬砖直接结合镁铬砖砖中的方镁石砖中的方镁石-尖晶石和方镁石尖晶石和方镁石-方镁石的直接结合,在方镁石的直接结合,在一定程度上取代了被一定程度上取代了被硅酸盐膜硅酸盐膜包围铬矿颗粒和方镁石晶包围铬矿颗粒和方镁石晶粒的典型结构。粒的典型结构。1、直接结合砖的显微结构、直接结合砖的显微结构 直直接
15、接结结合合砖砖和和传传统统砖砖的的显显微微结结构构不不同同,这这与与烧烧成成温温度度有有关关。在在15501550以以下下烧烧成成的的普普通通镁镁铬铬砖砖和和铬铬镁镁砖砖,其其铬铬矿矿颗颗粒粒被被近近似似于于镁镁橄橄榄榄石石组组成成的的硅硅酸酸盐盐所所包包围围,而而方方镁石晶体,特别是构成砖基体的晶体也被硅酸盐膜包围。镁石晶体,特别是构成砖基体的晶体也被硅酸盐膜包围。烧成到烧成到1550的镁铬砖的显微结构显示出铬矿颗粒的镁铬砖的显微结构显示出铬矿颗粒和方镁石晶粒形成边界,出现了直接结合的雏形。和方镁石晶粒形成边界,出现了直接结合的雏形。当加热温度升到当加热温度升到1700以上时,围绕铬矿颗粒的
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