《第五章碱性耐火材料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章碱性耐火材料.ppt（120页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、重容：重容：与主成分与主成分MgO或或CaO相关物系的相组成变化及特点相关物系的相组成变化及特点化学矿物组成对化学矿物组成对MgO-CaO系耐火材料性能的影响系耐火材料性能的影响 原料的种类及其烧成物理化学原料的种类及其烧成物理化学 制品生产工艺要点、性能及主要应用制品生产工艺要点、性能及主要应用陶瓷结合，直接结合陶瓷结合，直接结合l第四章第四章碱性耐火材料碱性耐火材料4/4/20232材料科学与工程学院碱性空气转炉碱性空气转炉成功的关键：成功的关键：白云石耐火材料的开发成功白云石耐火材料的开发成功平炉：高荷重软化点的炉顶硅砖问世平炉：高荷重软化点的炉顶硅砖问世氧气转炉、炉外精炼、连续铸锭的成
2、氧气转炉、炉外精炼、连续铸锭的成功，均是以镁质耐火材料和镁碳质耐火材功，均是以镁质耐火材料和镁碳质耐火材料为基础。料为基础。4/4/20233材料科学与工程学院转炉炼钢（转炉炼钢（转炉炼钢（转炉炼钢（convertersteelmakingconvertersteelmaking）：）：）：）：是以铁水、废钢、是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的程。转炉按耐火材料分为
3、酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类分为空气转炉和氧部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类分为空气转炉和氧气转炉。气转炉。碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍遍的炼钢设备。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。的冶炼。平炉炼钢（平炉炼钢（平炉炼钢（平炉炼钢（openhearthsteelmakingopenhearthsteelmaking）：）：）：）：以煤气或重油
4、以煤气或重油为燃料，在燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等为燃料，在燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液的炼钢方法。原料熔化并精炼成钢液的炼钢方法。4/4/20234材料科学与工程学院碱性转炉炼钢法碱性转炉炼钢法19世纪初期，随着工业革命的迅速发展，对钢铁的数量和质世纪初期，随着工业革命的迅速发展，对钢铁的数量和质量的需求越来越高。于是，人们开始寻求新的更加有效的炼量的需求越来越高。于是，人们开始寻求新的更加有效的炼钢方法。英国军事工程师贝塞麦于钢方法。英国军事工程师贝塞麦于1856年在英国科学协会发年在英国科学协会发表演讲，题目是表演讲，题目是不使用燃料、只吹入空
5、气就可以变铁水为不使用燃料、只吹入空气就可以变铁水为钢钢。他提出将熔化的生铁放入转炉内，吹进高压空气，使。他提出将熔化的生铁放入转炉内，吹进高压空气，使生铁中所含的硅、锰、碳、磷燃烧掉，从而炼出钢来。贝塞生铁中所含的硅、锰、碳、磷燃烧掉，从而炼出钢来。贝塞麦发明了梨形可动式转炉，只花麦发明了梨形可动式转炉，只花10分钟就可把分钟就可把10吨吨15吨铁吨铁水炼成钢。若是用搅拌法需几天时间才能完成。所以，这是水炼成钢。若是用搅拌法需几天时间才能完成。所以，这是一种生产率高、成本低的炼钢方法，成为冶金史上的一大创一种生产率高、成本低的炼钢方法，成为冶金史上的一大创举。但是，贝塞麦发明的转炉是酸性转炉
6、，在酸性转炉环境举。但是，贝塞麦发明的转炉是酸性转炉，在酸性转炉环境中，磷很难被氧化除掉。所以，贝塞麦转炉在欧洲只适用于中，磷很难被氧化除掉。所以，贝塞麦转炉在欧洲只适用于拥有大量低磷低硫铁矿石的瑞典和奥地利等国。拥有大量低磷低硫铁矿石的瑞典和奥地利等国。1879年，英年，英国冶金学家托马斯提出了碱性转炉炼钢法，即采用白云石高国冶金学家托马斯提出了碱性转炉炼钢法，即采用白云石高温烧成的熟料，混合焦油做成碱性的耐火砖炉衬，冶炼过程温烧成的熟料，混合焦油做成碱性的耐火砖炉衬，冶炼过程中吹入空气并加入生石灰。这样便使整个反应在碱性高温条中吹入空气并加入生石灰。这样便使整个反应在碱性高温条件下进行，被
7、氧化的磷与石灰结合起来，残留于渣内而不返件下进行，被氧化的磷与石灰结合起来，残留于渣内而不返回钢内，脱磷问题因此得以解决。托马斯的这一方法，很快回钢内，脱磷问题因此得以解决。托马斯的这一方法，很快被盛产含磷铁矿石的德国、法国广泛应用，从而进一步促进被盛产含磷铁矿石的德国、法国广泛应用，从而进一步促进了炼钢的发展。了炼钢的发展。4/4/20235材料科学与工程学院碱性耐火材料碱性耐火材料=氧化镁或氧化钙或氧化镁氧化镁或氧化钙或氧化镁-氧化钙氧化钙分类分类分类分类:镁质耐火材料：镁质耐火材料：MgO80%，方镁石。含镁质不定形耐，方镁石。含镁质不定形耐火材料和镁质制品两大类。火材料和镁质制品两大类
8、。石灰耐火材料：石灰耐火材料：CaO95%，氧化钙。，氧化钙。白云石质耐火材料：白云石，氧化钙和方镁石。含镁化白白云石质耐火材料：白云石，氧化钙和方镁石。含镁化白云石、白云石和钙质白云石耐火材料。云石、白云石和钙质白云石耐火材料。性能特点：性能特点：性能特点：性能特点：耐火度高，抗碱性渣和铁渣侵蚀性强。耐火度高，抗碱性渣和铁渣侵蚀性强。应用：应用：应用：应用：氧气转炉、电炉、平炉、钢包、炉外精炼和有色氧气转炉、电炉、平炉、钢包、炉外精炼和有色熔炼等。熔炼等。分类及特点分类及特点:4/4/20236材料科学与工程学院4.1镁质耐火材料耐火材料1860年开始用于转炉炉衬；年开始用于转炉炉衬；188
9、0年用镁砂作平炉炉底，奥地利开始大量生年用镁砂作平炉炉底，奥地利开始大量生产镁砖；产镁砖；1895年美国、年美国、1900年俄国生产镁砖；年俄国生产镁砖；解放后，我国开始生产镁砖。解放后，我国开始生产镁砖。4/4/20237材料科学与工程学院一、与镁质制品有关的物系一、与镁质制品有关的物系1、MgO-C的氧化还原反应的氧化还原反应1、温度：、温度：MgO的稳的稳定性随温度的提高而定性随温度的提高而下降，下降，而而CO的稳定性的稳定性随温度的提高而更加随温度的提高而更加稳定；当稳定；当MgO和和CO共共处一系并在处一系并在两者曲线交两者曲线交点以上温度时点以上温度时，发生反，发生反应；应；2、压
10、力：压力降低，、压力：压力降低，MgO的稳定性下降，的稳定性下降，而而 CO的稳定性提高。的稳定性提高。MgO（C，FeO，R2O3，CaO，SiO2）MgO(S)+C(S)Mg(g)+CO(g)4/4/20238材料科学与工程学院降低降低MgO的蒸汽压；的蒸汽压；改变碳的性质（石墨化）改变碳的性质（石墨化）稳定碳；稳定碳；增大气体的扩散阻力：（使砖体致密）；增大气体的扩散阻力：（使砖体致密）；实行炉衬溅渣层保护（实行炉衬溅渣层保护（溅渣护炉溅渣护炉,高镁硅酸盐）。高镁硅酸盐）。转炉炉衬中，将发生转炉炉衬中，将发生MgO-C还原反应，消耗氧化还原反应，消耗氧化镁和碳，引起炉衬解体。镁和碳，引起
11、炉衬解体。采取措施：采取措施：4/4/20239材料科学与工程学院溅溅渣渣护护炉炉基本原理基本原理转炉出钢后，留下部分终渣，将转炉出钢后，留下部分终渣，将渣中渣中MgO含量及粘度调整到适当范含量及粘度调整到适当范围后，用氧枪高速喷吹氮气，使炉围后，用氧枪高速喷吹氮气，使炉渣溅到炉壁上，经快速凝固形成挂渣溅到炉壁上，经快速凝固形成挂渣层，达到护炉的目的。渣层，达到护炉的目的。4/4/202310材料科学与工程学院具体做法具体做法:在出钢后将转炉前后摇动，使装入在出钢后将转炉前后摇动，使装入侧和出钢侧涂渣，这通常都是在每炼一炉钢后进侧和出钢侧涂渣，这通常都是在每炼一炉钢后进行一次性的涂渣操作。虽然
12、这种涂渣技术对于炉行一次性的涂渣操作。虽然这种涂渣技术对于炉底、装入侧及出钢侧是有效的，但不能使转妒所底、装入侧及出钢侧是有效的，但不能使转妒所有部位均涂上渣，特别是位于炉体不能向侧面摇有部位均涂上渣，特别是位于炉体不能向侧面摇动，致使筒体上部和耳轴部位不能涂渣。由于溅动，致使筒体上部和耳轴部位不能涂渣。由于溅渣技术确实能使炉衬较均匀涂渣。因而成为一种渣技术确实能使炉衬较均匀涂渣。因而成为一种有重要意义的技术。有重要意义的技术。对溅渣技术最早的报道文献出于美国国家钢厂，对溅渣技术最早的报道文献出于美国国家钢厂，该厂该厂1980年开始在转炉出钢后用氧气喷枪吹氩作年开始在转炉出钢后用氧气喷枪吹氩作
13、为维修措施，用渣喷涂炉衬。氩气的高成本和缺为维修措施，用渣喷涂炉衬。氩气的高成本和缺少高压情性气源阻碍了该系统的广泛应用。少高压情性气源阻碍了该系统的广泛应用。近些近些年来，多数钢厂容易得到制氧半成品的便宜氮气，年来，多数钢厂容易得到制氧半成品的便宜氮气，这就使溅渣技术成本更低和更有吸引力。这就使溅渣技术成本更低和更有吸引力。溅溅渣渣护护炉炉4/4/202311材料科学与工程学院1850140014002、MgO-FeO、MgO-Fe2O3系相系相图1400开始，开始，MgO能能吸收大量吸收大量FeO而不生成液相。而不生成液相。MgO与与FeO形成连续固形成连续固溶体，溶体，FeO含量为含量为
14、50%，T液液=18504/4/202312材料科学与工程学院17201720，以上是炼钢工业日益广泛应用镁质耐火材料的重要原因。以上是炼钢工业日益广泛应用镁质耐火材料的重要原因。以上是炼钢工业日益广泛应用镁质耐火材料的重要原因。以上是炼钢工业日益广泛应用镁质耐火材料的重要原因。缺点：缺点：缺点：缺点：在还原性气氛下，会和碳反应形成在还原性气氛下，会和碳反应形成在还原性气氛下，会和碳反应形成在还原性气氛下，会和碳反应形成MgMg金属蒸气和金属蒸气和金属蒸气和金属蒸气和CO,CO,即转炉炉衬将发生还原反应，消耗氧化镁和碳。即转炉炉衬将发生还原反应，消耗氧化镁和碳。即转炉炉衬将发生还原反应，消耗氧
15、化镁和碳。即转炉炉衬将发生还原反应，消耗氧化镁和碳。MgO与与Fe2O3形形成成MgO.Fe2O3尖晶尖晶石，石，T分解分解=1720，吸收大量吸收大量Fe2O3耐火耐火度仍很高度仍很高,抗含铁炉抗含铁炉渣侵蚀性良好渣侵蚀性良好；4/4/202313材料科学与工程学院3、MgO-R2O3(Fe、Al、Cr系相系相图)所以所以所以所以,FeFe2 2OO3 3能促进烧结，避免出现能促进烧结，避免出现能促进烧结，避免出现能促进烧结，避免出现液相的温度降低，并减少液相量；液相的温度降低，并减少液相量；液相的温度降低，并减少液相量；液相的温度降低，并减少液相量；MgO-CrMgO-Cr2 2OO3 3
16、之间产生高温固相之间产生高温固相之间产生高温固相之间产生高温固相直接结合（通过尖晶石形式）；直接结合（通过尖晶石形式）；直接结合（通过尖晶石形式）；直接结合（通过尖晶石形式）；AlAl2 2OO3 3易进入液相，降低易进入液相，降低易进入液相，降低易进入液相，降低T T始熔始熔始熔始熔。三个二元系统的固化温度分别为：三个二元系统的固化温度分别为：T始熔始熔=1720、1995、2350；在方镁石中的固溶度是：在方镁石中的固溶度是：Fe2O3Cr2O3Al2O3（1000的固溶度均很低）；的固溶度均很低）；1700时，固溶度分别是：时，固溶度分别是：70%F-M，14%K-M，3%A-M。4/4
17、/202314材料科学与工程学院高温烧成技术和设备无法实现的情况下，如高温烧成技术和设备无法实现的情况下，如何获得烧结良好、高温性能卓越的镁质耐火何获得烧结良好、高温性能卓越的镁质耐火材料？材料？加入铁的氧化物！加入铁的氧化物！4/4/202315材料科学与工程学院4、尖晶石尖晶石-硅酸盐系硅酸盐系尖晶石尖晶石:MgOMgO与与与与R R2 2O O3 3在一定温度固相反应产生尖晶石在一定温度固相反应产生尖晶石在一定温度固相反应产生尖晶石在一定温度固相反应产生尖晶石MA(MA(MgO.AlMgO.Al2 2OO3 3)、MK(MK(MgO.CrMgO.Cr2 2OO3 3)、MF(MgO.Fe
18、MF(MgO.Fe2 2OO3 3)。硅酸盐系硅酸盐系:M2 2S(镁橄榄石镁橄榄石)、C2 2S（硅酸二钙）、（硅酸二钙）、CMS（钙镁橄榄石）、（钙镁橄榄石）、C3 3MS2 2（镁蔷薇辉石）。（镁蔷薇辉石）。4/4/202316材料科学与工程学院镁质耐火材料的次要矿物：镁质耐火材料的次要矿物：镁质耐火材料的次要矿物：镁质耐火材料的次要矿物：MM2 2S S、C C2 2S S，尽量减少尽量减少尽量减少尽量减少CMSCMS和和和和C C3 3MSMS2 2。系统系统固化温度固化温度系统系统固化温度，固化温度，系统系统固化温度，固化温度，MA-MM2 2S S1720MK-MM2 2S S1
19、860MF-MM2 2S S 约约1690MA-CMS1410MK-CMS1490MF-CMS1410MA-C3MS21430MK-C3MS21490MF-C3MS2-MA-CMA-C2 2S S 14171417 MK-C2S约约1700MF-C2S1380尖晶石尖晶石尖晶石尖晶石-硅酸盐系统及其固化温度硅酸盐系统及其固化温度硅酸盐系统及其固化温度硅酸盐系统及其固化温度 4/4/202317材料科学与工程学院C2S（2130）和）和MA（2135）为高耐火物相，但）为高耐火物相，但其共熔点为其共熔点为1418。C2S-MK共熔点共熔点(1750)C2S-MA随着尖晶石中随着尖晶石中Cr2O3
20、/Al2O3，尖晶石相在硅酸盐熔液中溶解尖晶石相在硅酸盐熔液中溶解度度液相量液相量MF-MKMK-C2S系与系与MA-MKMK-C2S系规律相同系规律相同一般一般一般一般规规律：（律：（律：（律：（MA-MA-MKMK-C-C2 2S S）要提高始熔温度，要提高始熔温度，要提高始熔温度，要提高始熔温度，则则要提高尖晶石中要提高尖晶石中要提高尖晶石中要提高尖晶石中CrCr2 2OO3 3或或或或CrCr2 2OO3 3/Al/Al2 2OO3 3 的比例。的比例。的比例。的比例。4/4/202318材料科学与工程学院当尖晶石中当尖晶石中Fe2O3被被Al2O3取代后，二元取代后，二元共熔温度提高
21、不大（始熔温度）。共熔温度提高不大（始熔温度）。尖晶石在硅酸盐液相中的溶解度变化不大。尖晶石在硅酸盐液相中的溶解度变化不大。4/4/202319材料科学与工程学院以以Cr2O3代替代替Al2O3或或Fe2O3，始熔温度，始熔温度以以Al2O3代替代替Fe2O3，始熔温度提高不显著。，始熔温度提高不显著。4/4/202320材料科学与工程学院R2O3在硅酸盐液相的溶解度顺序：在硅酸盐液相的溶解度顺序：CrCr2 2OO3 3AlAl2 2OO3 3FeFe2 2OO3 3R2O3在在方镁石中的固溶度：方镁石中的固溶度：FeFe2 2OO3 3CrCr2 2OO3 3AlAl2 2OO3 3 4/
22、4/202321材料科学与工程学院对硅酸盐含量一定的材料，若要提高始熔温对硅酸盐含量一定的材料，若要提高始熔温度，则要提高尖晶石中度，则要提高尖晶石中Cr2O3对对Al2O3或或Fe2O3的比例。的比例。对原料中不含对原料中不含R2O3镁砂，没有必要将镁砂，没有必要将Cr2O3加入到含有加入到含有C2S的镁砂，否则会降低始熔温的镁砂，否则会降低始熔温度度(如如:MgO-C:MgO-C2 2S,1800S,1800;MK-C;MK-C2 2S,1700S,1700;MgO-MK-CMgO-MK-C2 2S S 17001700)。但当砖在使用中吸。但当砖在使用中吸收氧化铁后，加入收氧化铁后，加入
23、Cr2O3的好处即可显示出的好处即可显示出来。来。4/4/202322材料科学与工程学院5、MgO-CaO-SiO2系系CaOSiO2比是决定镁质耐火材料矿物组成比是决定镁质耐火材料矿物组成和高温性能的关键因素。和高温性能的关键因素。C/S分子比分子比00-1.01.01-1.51.51.5-2.02.02.0 C/S质量比质量比00-0.930.930.93-1.41.41.4-1.871.87相组合相组合MgOM2SMgOM2SCMSMgOCMSMgOCMSC3MS2MgOC3MS2MgOC3MS2C2SMgOC2S固化固化温度温度,1860150214901490157515751890
24、镁质耐火材料的镁质耐火材料的镁质耐火材料的镁质耐火材料的CaO/SiOCaO/SiO2 2和相组合的关系和相组合的关系和相组合的关系和相组合的关系熔点都很低熔点都很低熔点都很低熔点都很低4/4/202323材料科学与工程学院6、MgO-尖晶石硅酸盐系尖晶石硅酸盐系镁质耐火材料的化学组成及镁质耐火材料的化学组成及镁质耐火材料的化学组成及镁质耐火材料的化学组成及CaO/SiOCaO/SiO2 2决定着决定着决定着决定着 材料的平衡矿物组成。材料的平衡矿物组成。材料的平衡矿物组成。材料的平衡矿物组成。系统系统固化温度固化温度系统系统固化温度固化温度系统系统固化温度固化温度MgO-MA-MgO-MA-
25、MM2 2S S 17101710 MgO-MK-MgO-MK-MM2 2S S 18501850 MgO-MF-M2S1410MgO-MA-CMS1410MgO-MK-CMS1490MgO-MF-CMSMgO-MA-C3MS21430MgO-MK-C3MS21490MgO-MF-C3MS2MgO-MA-C2S1415MgO-MK-MgO-MK-C C2 2S S 约约约约17001700 MgO-MF-C2S方镁石方镁石方镁石方镁石-尖晶石尖晶石尖晶石尖晶石-硅酸盐系统及其固化温度硅酸盐系统及其固化温度硅酸盐系统及其固化温度硅酸盐系统及其固化温度规律性与二元系统一致规律性与二元系统一致规律性
26、与二元系统一致规律性与二元系统一致4/4/202324材料科学与工程学院镁质耐火材料的化学组成及镁质耐火材料的化学组成及CaO/SiO2决定着决定着材料的平衡矿物组成。材料的平衡矿物组成。矿矿物物MFCMSMAM2SC3MS2C2SC4AFCAC5A3C3AC3SCaOC2F熔熔点点1750不一不一致致1498不一不一致致2130 1890 157521301415160014851545不一不一致致1900分解分解25701435与方镁石处于平衡的与方镁石处于平衡的与方镁石处于平衡的与方镁石处于平衡的1313个矿物的熔点个矿物的熔点个矿物的熔点个矿物的熔点7、MgO-CaOAl2O3-Fe2
27、O3-SiO2系系4/4/202325材料科学与工程学院4/4/202326材料科学与工程学院二、镁质耐火制品的化学组成对性能的影响二、镁质耐火制品的化学组成对性能的影响结合相对砖的高温强度有极大的影响。结合相对砖的高温强度有极大的影响。镁质材料的镁质材料的C/SC/S比应当控制在获得强度最大值比应当控制在获得强度最大值的最佳范围，否则就会形成低熔物硅酸盐，使强度的最佳范围，否则就会形成低熔物硅酸盐，使强度显著下降。显著下降。1、CaO和和SiO2及及C/S比的影响比的影响4/4/202327材料科学与工程学院当当C/S1.87时，与方镁石共存的结合相：时，与方镁石共存的结合相：C2S，C3S
28、（熔点高）（熔点高）MgO对对C/S的影响的影响MgO-CaO固溶体，使固溶体，使C/S下降，下降，例如例如例如例如:含含2%SiO2的物料的物料,在在1700冷却冷却,实际析出的实际析出的晶体是晶体是C2S和和C3MS2；含含1%SiO2的物料的物料,在在1700冷却冷却,实际析出实际析出的的晶体是晶体是CMS和和C3MS2；4/4/202328材料科学与工程学院（2 2）AlAl2 2OO3 3、CrCr2 2OO3 3和和和和FeFe2 2OO3 3R2O3添加物添加物添加物添加物数量，数量，%加入加入0.01%R2O3引起引起的强度下降值的强度下降值(平均平均)MPa加入加入1克分子克
29、分子R2O3引引起的强度下降比较起的强度下降比较B2O30.01-0.0711.070Al2O30.0-0.51.211Cr2O30.0-0.50.23Fe2O30.0-1.50.0712、R2O3型氧化物的影响型氧化物的影响（1 1）硼的氧化物）硼的氧化物）硼的氧化物）硼的氧化物 强溶剂作用，强溶剂作用，降低降低降低降低C/SC/S比，形成低熔物，其中危害比，形成低熔物，其中危害比，形成低熔物，其中危害比，形成低熔物，其中危害最大是最大是最大是最大是B B2 2OO3 3。镁质材料高温强度镁质材料高温强度R R2 2OO3 3型氧化物杂质对含型氧化物杂质对含C2 2S的镁砖的高温断裂模量的镁
30、砖的高温断裂模量(1500)的影响的影响注注注注:未加未加未加未加R R2 2OO3 3杂质的标样含杂质的标样含0.5%SiO22C/S=2.75:1,高温断裂模量为高温断裂模量为78MPa4/4/202329材料科学与工程学院所以所以,杂质含量必须降到使其不影响镁质耐材高杂质含量必须降到使其不影响镁质耐材高温性能的程度温性能的程度,尤其对尤其对SiO2(1500，重结晶困难。，重结晶困难。4/4/202335材料科学与工程学院（高温液相包裹颗粒，（高温液相包裹颗粒，即液相贯穿颗粒）即液相贯穿颗粒）（高温液相被排斥到颗粒（高温液相被排斥到颗粒的间隙中）的间隙中）2 2、组织结构特点组织结构特点
31、组织结构特点组织结构特点主晶相：主晶相：gO，TM=2300次晶相：次晶相：4/4/202336材料科学与工程学院性能性能 砖种砖种 直接结合镁砖直接结合镁砖 普通烧成镁砖普通烧成镁砖 直接结合镁铬直接结合镁铬砖砖 普通烧成镁铬普通烧成镁铬砖砖 化学成分化学成分,%,%SiO2-2.04.3Al2O3-4.14.4Fe2O3-4.78.1Cr2O3-8.48.8MgO97.895.579.872.9视密度视密度,g/cm33.503.483.60-体积密度体积密度,g/cm32.982.893.08-显气孔率显气孔率,%15.017.214.320.1荷重软化点荷重软化点T1,17001650
32、1635-T2(200kPa)17001565高温强度高温强度,MPa(1200)6.862.454/4/202337材料科学与工程学院如何形成直接结合砖？如何形成直接结合砖？（a a）形成直接）形成直接）形成直接）形成直接结结结结合的固合的固合的固合的固-液体系的液体系的液体系的液体系的热热热热力学条件力学条件力学条件力学条件固液界面形成的二面角：固液界面形成的二面角：取决于晶粒与晶粒边界的取决于晶粒与晶粒边界的表面张力，和晶粒与液相边界的表面张力的相对大小。表面张力，和晶粒与液相边界的表面张力的相对大小。即即，其中 当当时，使液相对固相的渗透降低，时，使液相对固相的渗透降低，直接结合程度越
33、高直接结合程度越高。60，液相沿界面渗透，液相沿界面渗透，=0完全贯通；完全贯通；60，液相存在固相结合的间隙中，形成独立包裹体。，液相存在固相结合的间隙中，形成独立包裹体。所以，所以，所以，所以，可以作为直接结合率指标，可以作为直接结合率指标，可以作为直接结合率指标，可以作为直接结合率指标，角的大小能表征直接结合的程度；角的大小能表征直接结合的程度；角的大小能表征直接结合的程度；角的大小能表征直接结合的程度；4/4/202338材料科学与工程学院直接结合率直接结合率=直接结合程度直接结合程度，渗透，渗透；，渗透，渗透 Nss/N=Nss/N=固体颗粒间接触数目固体颗粒间接触数目/（固（固-固
34、接触数目固接触数目+固固-液接触数目）液接触数目）另一种表征方法：测出另一种表征方法：测出NssNss与与N NT T，NssNss/N/NT T称为直接结合率。称为直接结合率。4/4/202339材料科学与工程学院直接接触程度随直接接触程度随Cr2O3 的增加而增加，而加入的增加而增加，而加入Fe2O3则相反；则相反；温度：对温度：对Fe2O3的影响较小，的影响较小，Cr2O3 的温度升高，直接接触的温度升高，直接接触程度降低。程度降低。（b b）工）工）工）工艺艺艺艺条件条件条件条件对对对对直接直接直接直接结结结结合的影响合的影响合的影响合的影响4/4/202340材料科学与工程学院不同固
35、相间的不同固相间的相同固相间的相同固相间的如：如：MgO-MgO=15,CaO-CaO=10,MgO-CaO=35。4/4/202341材料科学与工程学院 提高镁质材料直接结合程度的途径：提高镁质材料直接结合程度的途径：提高镁质材料直接结合程度的途径：提高镁质材料直接结合程度的途径：对高温下含对高温下含MgO和液相的镁砖中，引入和液相的镁砖中，引入Cr2O3；对高温下存在二固相和液相的材料，不同对高温下存在二固相和液相的材料，不同颗粒间的结合比相同颗粒间的结合来得容颗粒间的结合比相同颗粒间的结合来得容易。因此以高熔点物相作次晶相（尖晶石易。因此以高熔点物相作次晶相（尖晶石、C2S、M2S）4/
36、4/202342材料科学与工程学院四、镁质原料四、镁质原料主要化学成分：氧化镁主要化学成分：氧化镁 ；主要矿物组成：方镁石；主要矿物组成：方镁石 4/4/202343材料科学与工程学院1、菱镁矿（生镁石或镁石）菱镁矿（生镁石或镁石）2、烧结镁石（镁石）烧结镁石（镁石）3、镁砂镁砂4、冶金镁砂、冶金镁砂4/4/202344材料科学与工程学院1、菱镁矿（生镁石或镁石）菱镁矿（生镁石或镁石）（1 1）分布：）分布：）分布：）分布：国外国外俄罗斯、奥地利、希腊、朝鲜、南斯拉俄罗斯、奥地利、希腊、朝鲜、南斯拉夫、印度、加拿大、美国等。夫、印度、加拿大、美国等。国内国内辽宁、山东、河北、甘肃、四川、西辽宁
37、、山东、河北、甘肃、四川、西藏、内蒙古、陕西、青海、新疆等。藏、内蒙古、陕西、青海、新疆等。我国菱镁矿储藏量居世界首位，辽宁菱镁矿量约为我国菱镁矿储藏量居世界首位，辽宁菱镁矿量约为世界上的世界上的1/41/4。MgCO3：理论组成：理论组成MgO占占47.82%，CO2占占52.18%。4/4/202345材料科学与工程学院（2 2）菱镁矿中有益有害元素的存在形式）菱镁矿中有益有害元素的存在形式）菱镁矿中有益有害元素的存在形式）菱镁矿中有益有害元素的存在形式元素元素 矿物的基本组成元素矿物的基本组成元素 类质同象混合物类质同象混合物 细微机械包裹体细微机械包裹体 Mg菱镁矿、白云石、滑菱镁矿、
38、白云石、滑石、透闪石石、透闪石 绿泥石绿泥石 Ca白云石白云石 菱镁矿、透闪石菱镁矿、透闪石 菱镁矿晶体中含菱镁矿晶体中含白云石包体白云石包体 Fe菱铁矿、褐铁矿菱铁矿、褐铁矿 菱镁矿、绿泥石菱镁矿、绿泥石 Si滑石、石英、透透石、滑石、石英、透透石、绿泥石、云母绿泥石、云母 Al绿泥石绿泥石 绢云母、绿泥石、绢云母、绿泥石、方柱石方柱石 4/4/202346材料科学与工程学院（3 3）菱镁矿的提纯）菱镁矿的提纯）菱镁矿的提纯）菱镁矿的提纯 减少杂质，提高镁砂纯度，特别是降低减少杂质，提高镁砂纯度，特别是降低SiO2、CaO 的含量，是改善镁质制品使用性能的重要措施之一。的含量，是改善镁质制品
39、使用性能的重要措施之一。菱镁矿提纯主要方法：菱镁矿提纯主要方法：菱镁矿提纯主要方法：菱镁矿提纯主要方法：热选，浮选热选，浮选 热选：轻烧热选：轻烧强度差异强度差异菱镁矿强度菱镁矿强度，疏松状物料；，疏松状物料；滑石等强度滑石等强度风选风选 浮选：浮选：润湿性差异润湿性差异滑石不易被水润湿滑石不易被水润湿疏水疏水上浮；上浮；菱镁矿菱镁矿表面离子键能强表面离子键能强亲水亲水不易浮。不易浮。4/4/202347材料科学与工程学院菱镁石的分类及技术条件菱镁石的分类及技术条件菱镁石的分类及技术条件菱镁石的分类及技术条件级别级别化学成分，化学成分，%MgOCaOSiO2特级品特级品470.60.6一级品一
40、级品460.81.2二级品二级品451.51.5三级品三级品431.53.5四级品四级品4162菱镁石粉菱镁石粉33644/4/202348材料科学与工程学院镁石：菱镁矿煅烧的产物镁石：菱镁矿煅烧的产物 烧结镁石：菱镁矿烧结镁石：菱镁矿煅烧煅烧一定致密度一定致密度镁石镁石MgCO3MgO+CO2（理论上理论上660690）吸热反应吸热反应 4MgCO3MgO3MgCO3+CO2（402）MgO3MgCO32MgOMgCO3+CO2（437）MgOMgCO32MgO+CO2（480）灼减灼减：47.00-52.00%2、烧结镁石（烧结镁石（镁石镁石-耐材主要原料耐材主要原料）4/4/202349
41、材料科学与工程学院杂质杂质CaO、SiO2、Fe2O3等等低熔物低熔物600800：CaOFe2O3，2CaOFe2O3；8001000：2CaOSiO2，部分，部分CaOMgOSiO2，MF；10001200：MF；1200：CMS，M2S和固溶体；和固溶体；155016501700：半熔融状态，：半熔融状态，MgO晶粒长大，晶粒长大，组织致密。组织致密。4/4/202350材料科学与工程学院轻烧镁石：轻烧镁石：轻烧氧化镁、轻烧镁粉、轻烧镁、苛轻烧氧化镁、轻烧镁粉、轻烧镁、苛性氧化镁、苛性苦土，俗称苦土粉性氧化镁、苛性苦土，俗称苦土粉 。煅烧温度煅烧温度800-950或或1000，质轻而松软
42、多孔，质轻而松软多孔，比重比重3.07-3.22，结晶细小（，结晶细小（3m），活性大，），活性大，易水化，随温度升高密度增大，体积收缩。易水化，随温度升高密度增大，体积收缩。不能作耐火材料，不能作耐火材料，但可用于保温或胶凝材料但可用于保温或胶凝材料或二步煅烧镁砂的原料等。或二步煅烧镁砂的原料等。烧结镁石：烧结镁石：死烧镁石死烧镁石煅烧温度煅烧温度1450-1750，甚至高于，甚至高于2000。体积。体积致密，呈半熔状态（与硅酸盐杂质共融），水化很致密，呈半熔状态（与硅酸盐杂质共融），水化很慢，比重慢，比重3.53。4/4/202351材料科学与工程学院定义：具有一定颗粒组成的烧结镁石。定义
43、：具有一定颗粒组成的烧结镁石。种类：一般镁砂（高纯种类：一般镁砂（高纯/高档烧结镁砂、中档烧结高档烧结镁砂、中档烧结镁砂、重烧镁砂、制砖镁砂镁砂、重烧镁砂、制砖镁砂/普通镁砂）、电熔镁普通镁砂）、电熔镁砂、海水镁砂等。砂、海水镁砂等。1 1）一般镁砂）一般镁砂）一般镁砂）一般镁砂高纯高纯/高档烧结镁砂：浮选菱镁矿高档烧结镁砂：浮选菱镁矿轻烧轻烧死烧死烧 中档烧结镁砂、重烧镁砂、制砖镁砂中档烧结镁砂、重烧镁砂、制砖镁砂 原矿直接煅烧原矿直接煅烧3、镁砂镁砂4/4/202352材料科学与工程学院2 2）电熔镁砂（熔融镁砂）电熔镁砂（熔融镁砂）电熔镁砂（熔融镁砂）电熔镁砂（熔融镁砂）电熔法：电熔法：
44、电熔法：电熔法：（生镁石、水镁石、轻烧镁石、烧结镁石）（生镁石、水镁石、轻烧镁石、烧结镁石）电电 弧炉弧炉熔炼熔炼冷却冷却 配料中添加金属铝（配料中添加金属铝（0.20.3%）2Al+Fe2O3Al2O3+2FeMA磁性除铁，磁性除铁，Mg2C3、MgC3热力学不稳定而被分热力学不稳定而被分解。解。4/4/202353材料科学与工程学院牌号牌号MgO,%SiO2,%CaO,%颗粒体积密度颗粒体积密度,g/cm3DMS-98980.61.23.50DMS-97.597.51.01.43.45DMS-97971.51.53.45DMS-96962.22.03.45电熔镁砂的理化指标电熔镁砂的理化指
45、标电熔镁砂的理化指标电熔镁砂的理化指标 4/4/202354材料科学与工程学院3 3）海水镁砂海水镁砂海水镁砂海水镁砂提镁原理：提镁原理：Mg(OH)2溶解度很小溶解度很小过饱和原理过饱和原理CaMg(CO3)2CaO+MgO+CO2CaO+H2OCa(OH)2(MgCl2,MgSO4)+Ca(OH)2Mg(OH)2+(CaCl2,CaSO4)Mg(OH)2MgO+H2O300吨海水吨海水1吨（海水中金属元素除钠外，最多的是吨（海水中金属元素除钠外，最多的是镁）镁）4/4/202355材料科学与工程学院选择镁砂应注意问题：选择镁砂应注意问题：（1 1）镁砂的纯度镁砂的纯度镁砂的纯度镁砂的纯度M
46、gO，%体积密度，体积密度，g/cm3高档镁砂高档镁砂983.35-3.45中档镁砂中档镁砂95-973.25-3.30低档镁砂低档镁砂95（2 2）C/SC/S比比比比(质量比质量比质量比质量比)0.93或或1.87，高熔点结合相，高熔点结合相C/S比低，硅酸盐包围氧化镁成膜或外壳；比低，硅酸盐包围氧化镁成膜或外壳；C/S比高，硅酸盐成膜差，成孤立状，方镁石直接结合比高，硅酸盐成膜差，成孤立状，方镁石直接结合。4/4/202356材料科学与工程学院（3 3）体积密度）体积密度）体积密度）体积密度 判断镁砂的烧结程度和致密度的一个指标。判断镁砂的烧结程度和致密度的一个指标。判断镁砂的烧结程度通
47、常用密度、重烧收缩、水化性判断镁砂的烧结程度通常用密度、重烧收缩、水化性 能来衡量。也用外观颜色。能来衡量。也用外观颜色。（4 4）方镁石晶粒的大小）方镁石晶粒的大小）方镁石晶粒的大小）方镁石晶粒的大小 原料的煅烧仅达到致密度还不够，还要有合适的显微结构原料的煅烧仅达到致密度还不够，还要有合适的显微结构 高温与使用性能高温与使用性能。方镁石晶粒的大小主要取决于烧成温度和加热时间。方镁石晶粒的大小主要取决于烧成温度和加热时间。方镁石晶粒尺寸增大，镁砂的抗水化性能相应提高。方镁石晶粒尺寸增大，镁砂的抗水化性能相应提高。4/4/202357材料科学与工程学院4 4、冶金镁砂、冶金镁砂应用：应用：应用
48、：应用：烧结和修补冶金炉炉底。烧结和修补冶金炉炉底。分类：普通冶金镁砂分类：普通冶金镁砂分类：普通冶金镁砂分类：普通冶金镁砂杂质较多的烧结镁砂破碎杂质较多的烧结镁砂破碎到一定粒度；到一定粒度；合成冶金镁砂合成冶金镁砂合成冶金镁砂合成冶金镁砂（马丁砂）（马丁砂）杂质较多的烧杂质较多的烧结镁砂结镁砂+1025%助熔剂（平炉渣）助熔剂（平炉渣）预先煅烧预先煅烧破碎破碎冶金镁砂冶金镁砂钙的硅酸盐和钙的硅酸盐和MgOR2O3尖晶石尖晶石4/4/202358材料科学与工程学院五、五、菱镁矿制备镁砂的其它工艺菱镁矿制备镁砂的其它工艺碳化法：碳化法：菱镁矿菱镁矿煅烧煅烧细磨细磨消化消化在碳化塔中通入二氧化碳在
49、碳化塔中通入二氧化碳 加热加热水解水解碱式碳酸镁碱式碳酸镁灼烧灼烧轻烧氧化镁轻烧氧化镁 纯碱法：纯碱法：多以卤盐为原料，以纯碱为沉淀剂。多以卤盐为原料，以纯碱为沉淀剂。硫酸溶解菱镁矿，再用碳化母液作为沉淀剂与镁盐溶液硫酸溶解菱镁矿，再用碳化母液作为沉淀剂与镁盐溶液 生成碱式碳酸镁，灼烧成氧化镁。生成碱式碳酸镁，灼烧成氧化镁。以铵盐为转化剂将菱镁矿中的镁离子转入溶液中，再以以铵盐为转化剂将菱镁矿中的镁离子转入溶液中，再以 碳酸铵及氨水为沉淀剂，生成碱式碳酸镁，再经灼烧制碳酸铵及氨水为沉淀剂，生成碱式碳酸镁，再经灼烧制 得轻烧氧化镁。得轻烧氧化镁。4/4/202359材料科学与工程学院六、镁质制品
50、的生产工艺六、镁质制品的生产工艺11普通镁砖与镁硅砖的生产工艺普通镁砖与镁硅砖的生产工艺普通镁砖与镁硅砖的生产工艺普通镁砖与镁硅砖的生产工艺（1 1）原料要求）原料要求（化学成分、体积密度）（化学成分、体积密度）（2 2）颗粒组成）颗粒组成（临界粒度、级配）（临界粒度、级配）（3 3）配料）配料（废砖、结合剂、水分）（废砖、结合剂、水分）（4 4）混合）混合（加料顺序、设备、时间）（加料顺序、设备、时间）（5 5）成型）成型（高压、坯体密度）（高压、坯体密度）（6 6）干燥）干燥（入口温度、出口温度、残余水分、网状裂纹）（入口温度、出口温度、残余水分、网状裂纹）（7 7）烧成）烧成（装窑、烧成