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镁白云石砂中提高镁含量的作用都有哪些?
发布时间:2020-07-03 浏览量:1210

合成镁白云石砂是指用含MgO和CaO的原料,按MgO75%左右、CaO8%25%的配比,经高温煅烧而得到的以方镁石和方钙石为主晶相的碱性耐火原料。合成镁白云石砂是生产镁白云石烧成砖和镁白云石碳砖的主要原料。镁白云石砂的抗侵蚀能力和抗水化能力均优于白云石砂。

MgO-CaO系中提高MgO含量的作用:

1.提高抗水化能力

白云石砂中,以方钙石为主晶相,方镁石次之,形成方镁石分散于方钙石中即方钙石将方镁石包围的显微结构。方钙石以及游离CaO的活性比方镁石大,易与空气中的水分反应,使白云石砂或白云石质耐火制品发生粉化或崩裂。

图1 MgO-CaO系熟料的水化增重率

在白云石中(或其它含钙原料中)加入MgO,形成以方镁石为主晶相,方钙石次之的镁白云石砂。在镁白云石砂中,随温度升高,方镁石晶体由粒状、圆粒状到多边形,结晶尺寸不断长大,MgO-MgO晶体间直接结合程度增加,形成以方镁石为基底,方钙石呈粒状、不规则状均匀充填在方镁石晶体之间空隙内的结构,即方钙石细晶被方镁石晶体所包围。这样就封闭了方钙石与水或水蒸气接触的通道,其抗水化能力与白云石砂相比大大提高。图8-10为MgO-CaO系熟料抗水化能力的对比情况。

2.提高抗炉渣侵蚀性能

镁白云石碳砖是镁白云石砂的主要用途之一。镁白云石碳砖作为转炉炉衬具有良好的抗炉渣侵蚀性能,这与镁白云石砂的组成与结构有关。在转炉炼钢初期,衬砖主要受酸性炉渣(SiO2)的侵蚀,镁白云石砂中CaO的活性比MgO大,因而首先与渣中的SiO2反应生成熔点较高的硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S),并使渣的粘度增大,阻止炉渣继续向衬砖深部侵入,减缓了炉渣与主晶相方镁石的反应。随着冶炼的进行,CaO的不断溶解,炉渣逐渐由酸性变成碱性,此时FeO成为炉衬被侵蚀的主要原因,但MgO与FeO能形成连续固溶体、与Fe2O3可形成有限固溶体,即MgO具有较高的抗FeO和Fe2O3侵蚀能力。

镁白云石砂具有较强的抗侵蚀能力也与其结构中方镁石、方钙石直接结合程度较高,使低熔点矿物C2F和C4AF孤立地充填于主晶相的夹角处有关。

图2为碱性转炉衬砖中MgO含量与炉渣侵蚀的关系。这是在特定的抗渣性检验中得到的典型数值,可见含MgO较高的砖一般显示出较佳的抗渣性,这主要与易于被含氧化铁渣炉侵蚀的氧化钙含量较少有关。

图2 碱性转炉衬砖中MgO含量与炉渣侵蚀的关系

3. 提高高温强度

在镁白云石砂中,高熔点的方镁石、方钙石各自和相互之间为直接结合,使高熔点晶相的优良性能得以充分发挥而具有良好的高温强度。据英国W.C.吉平尔的研究,用1600℃和1800℃(保温1小时)高温煅烧的MgO-CaO系熟料,根据其中的MgO含量不同,断裂模量与变形量是有相当变化的,如图3所示。1600℃烧成的MgO-CaO砂,MgO含量为70%时,强度达到最大值,但当MgO含量进一步提高时,由于烧结不良,强度反而下降;1800℃烧成的MgO-CaO砂,强度随MgO含量提高而增加。

图3 MgO含量与物理性能

日本对MgO-CaO系熟料的烧结性能研究指出,MgO越高、Fe2O3+SiO2含量越低,1400℃时的高温强度越高;MgO含量在50%70%的镁白云石砂,高温强度几乎相同。如果人为地减少低熔杂质,并经高温烧成,熟料中的方钙石结晶变得粗大,易于水化,但对高温强度无明显影响。

4.镁白云石砂中MgO含量

在镁白云石砂中,方钙石晶体尺寸远较方镁石小,方钙石呈细小的晶粒充填在方镁石晶体间隙之中,类似于球体的紧密堆积情况。

由球体紧密堆积原理可知,无论是六方最紧密堆积还是立方最紧密堆积,球体(相当于方镁石)所占空间为74.05%,空隙(相当于以方钙石充填)所占空间为25.95%。在实践中也得出,镁白云石砂中MgO含量在75%左右,CaO含量在20%25%时具有高的体积密度和低的气孔率。表1为MgO含量与合成镁白云石砂体积密度情况。

表1 镁白云石砂的化学成分与体积密度

在镁白云石砂的生产与使用中,根据原料种类、成分和对使用性能的要求不同,可以改变MgO/CaO的比例。

关于在白云石原料中添加MgO,也有从CaO-MgO-SiO2系相图的研究中得出结论(见图4),如果白云石的成分点位于C2S与MgO连线(即阿基马德线)之下区域,不必追求过高的MgO含量,因为它们耐火度上无明显差别;如果成分点位于C2S-MgO连线以上区域,则MgO含量愈高,对高温性能愈有利。

图4CaO-MgO-SiO2三元相图


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