镁铝尖晶石在耐火材料中的应用

在耐火材料行业中,以化学计量比Al2O3:MgO=71.8:28.2作为分界点,尖晶石材料分为富镁尖晶石和富铝尖晶石两大类。两大类尖晶石材料因其结构差异各自有不同的性能特点,因此在高温工业的应用不尽相同。

在我国厂家生产的尖晶石根据氧化铝含量的差异有多种不同型号,在水泥回转窑、白灰回转窑、钢包浇注等耐火材料应用中都取得了良好的效果。

日本在大型钢包浇注料应用过程中,通常采用氧化铝含量(w)为72%左右的尖晶石作为的主要原料,取得效果良好的应用效果。

富镁尖晶石中含有过量的方镁石可以有效调控尖晶石的性能。富镁尖晶石不含游离氧化铝,所以当把富镁尖晶石加入到产品中时,其不会进一步生成尖晶石,不会发生体积膨胀效应。氧化镁过量对尖晶石的致密化有很大促进作用,方镁石作为第二相的存在能够抑制颗粒的界面移动,并产生极强的机械性能。

在水泥窑用镁砖生产过程中通过加入富镁尖晶石能够明显提高镁砖的抗热震性能,其主要机制在于尖晶石热膨胀系数比方镁石小,热膨胀失配导致微裂纹的产生,能够阻碍宏观裂纹的扩展。此外,由于富镁尖晶石中存在微量的MgO,容易发生水化反应,引起颗粒溃裂。由于方镁石水化会生成水镁石,此过程中体积改变能够导致浇注件中裂纹的产生,所以富镁尖晶石不能用于含水系统(例如浇注料)。富镁尖晶石比较适宜用于水泥窑,特别适宜应用在灰圈和烧成区区域。目前,在世界各地耐火材料应用中,用富镁尖晶石取代了部分铬矿,在一定程度上避免了含铬耐火材料产生的污染。

水泥窑用方镁石复合尖晶石砖

随着钢铁生产技术的快速发展和二次精炼技术的应用,在钢铁工业中尖晶石材料得到越来越广泛的应用,取得了良好的技术效果。对尖晶石的应用问题认识越来越清晰,在应用实践中,不同组成的尖晶石对不同组成的钢渣的表现出良好抗侵蚀性。随着尖晶石中氧化铝含量的增加,材料的高温强度和抗热震性均有较大提高,抗渣渗透性逐渐增强,但抗渣侵蚀性能逐渐减弱。

对于氧化铝含量(w)达到90%的富铝尖晶石,固溶体在炼钢温度下变得不稳定,氧化铝从尖晶石中析出与渣中的CaO反应形成高熔点的CA6和CA2,形成的网络结构贯穿于尖晶石颗粒中间。同时,反应还会引起体积膨胀,导致耐火材料表面气孔率的降低,能够降低熔渣渗透的趋势。尖晶石具体的引入形式及尖晶石粒度同样会影响浇注料的抗渣性。有研究表明:对于高碱度渣,在尖晶石浇注料中加入较多的尖晶石颗粒后抗侵蚀性比较好;对于低碱度渣,在尖晶石浇注料中加入较多的尖晶石细粉后抗侵蚀性和抗渗透性较好。因此,富铝尖晶石被广泛应用于钢包衬、冲击板、透气砖、座砖、水口、档渣堰、喷枪和滑板等产品当中。

MgO-Al2O3浇注料

在通过原位合成方法引入尖晶石的工艺过程中,在氧化铝和氧化镁反应生成尖晶石时,会有明显的体积膨胀。有研究表明在MgO-Al2O3浇注料体系中,通过原位生成的尖晶石吸收渣中Fe2O3和CaO的能力是合成尖晶石的35倍。由于原位生成尖晶石的晶粒较细,晶粒分散均匀,二次尖晶石生成时产生体积膨胀效应,在整体膨胀受到约束的情况下,能够使生成的材料结构较为致密,有利于提高耐火材料制品的抗渣性。硅微粉常常被用于尖晶石中促进液相烧结,并允许一些局部的变形从而抑制体积膨胀,残余的低熔点玻璃相则会对耐火材料高温强度产生较大的影响。目前,已有的尖晶石空心球也是富铝尖晶石,在具体的应用领域方面有待于进一步开发。




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