高純度宜(yí)昌鎂磚是高溫爐爐襯的(de)結構材料,其使用溫度可達到2200℃。但是,在這種條件下(例如炭黑反應器中的超(chāo)高溫環境中)應用時,高純(chún)鎂磚的鑄砂純度和性能卻需要進行仔細平衡。
我們知(zhī)道,耐火材料(包括鎂質耐火材料)不隻是要耐高溫和耐腐蝕/侵蝕,在使用時還必(bì)須盡可能不產生變化。一般認(rèn)為宜昌鎂砂純度以及物理性能上的(de)氣孔率和方鎂石晶粒尺寸等(děng)都是提高高純鎂(měi)磚使用壽命的關鍵(jiàn)參(cān)數。
純度
鎂砂中MgO含量是鎂砂(shā)質量的重要指標。但(dàn)隻用MgO含(hán)量作為(wéi)評價標準是不夠的,雜質(zhì)的相對含量,特別是那些在高溫條件下容易形成熔體的(de)成分的含量也很重要。在雜質成分中,首先是B2O3和SiO2,其(qí)次是Al2O3、Fe2O3、MnO以及CaO,它們的影響不僅取決於其(qí)含量,特別是要根據CaO/SiO2比來評價各成分對鎂砂質量的影響,通(tōng)常希望(wàng)鎂砂中具有高CaO/SiO2比,以便獲(huò)得(dé)更佳的高溫性能。
在超高溫(wēn)環境中(zhōng)使用的鎂質耐火材料則需要高純度:因為高純度的鎂(měi)質(zhì)耐火材料具有高的高(gāo)溫強度,試驗(yàn)證明,鎂質耐火(huǒ)材料的高溫抗折強度隨MgO含量由90%~98%有緩慢下降的趨勢,但MgO含量超過98%時則突然增加了,其中MgO含量增(zēng)加到99%以上時能顯著地(dì)提高其高溫強度在這種情況(kuàng)下,雜質種類的影響已經變得無(wú)足輕重了(le)因為在這種情況下,雜質孤立存在於方鎂石晶粒交接處(角隅),所以MgO-MgO直接結合(hé)組織發(fā)達,高溫強度大,材料的耐磨性高,抗腐蝕/侵蝕性強。
致密度(氣孔率)
耐火材料的相(xiàng)對密度μ與氣孔率ε存在下述關係:
ε=1-μ
這表明低氣孔率的材料具有高密度,所以(yǐ)氣孔(kǒng)率(lǜ)逛材料致(zhì)密度的一種尺度。它們對材料的蝕損有影響。評價氣孔率的標準為:
(1) 氣孔的體(tǐ)積(致密(mì)度,即總氣孔率ε);
(2) 氣孔的種類(封閉氣孔比開口氣孔有利;
(3) 氣孔(kǒng)尺寸和形狀(比表麵積)。
方鎂石晶粒(lì)大小
方(fāng)鎂石晶粒的侵蝕是外來成分(物質)在界麵開始的。因此,方接石晶粒增大,相應降低了比表麵積。可見,增(zēng)加方鎂石晶粒尺寸降低(dī)了鎂質耐火材料被侵蝕(shí)的(de)趨勢,表明粗晶燒結鎂砂具有高抗侵蝕的優點。
電熔是生產大晶粒鎂砂的根本方法。宜昌電熔(róng)宜昌鎂砂同燒結鎂砂相比,具(jù)有如下優點:
(1)致密化程度好(hǎo)(除去外殼(ké)材料的熔觸(chù)鎂砂幾乎沒有開(kāi)口氣孔);
(2)方鎂石晶粒較大(尤其是塊料冷卻(què)適當時)。
對於(yú)燒結(jié)鎂砂而言,可以采取下述技術措施來增加(jiā)方鎂石晶粒尺寸;
(1)早期的技術措施有
1)添加Cr2O3,通過增(zēng)大方鎂石(shí)晶格的遷移率以增大晶粒尺寸和促進致(zhì)密化;
2)以TiO2:和Fe2O3通過過渡液相培育大晶粒;
3)在豎窯中更高溫度下加入氧化物煆燒,達到大的(de)晶粒。
實(shí)際生產(chǎn)中,為了促進方鎂石晶粒長大,常使用少量(小於0.5%)Cr2O3、Fe2O3尤其是ZrO3以及鈦、釩、錳、鋁、銅的氧化物(wù)和鹽。稀土元素促進(jìn)晶粒長大,但機理是(shì)不同(tóng)的。
(2)以天(tiān)然微晶菱鎂(měi)石為原料在豎窯中以非常高的溫度燒結可獲得(dé)方鎂石晶粒尺寸從50μm到(dào)大200μm的優質燒結鎂砂。
通(tōng)過以上(shàng)分析可以認為,選擇純度98.5%-99%MgO、體積密度大於3.35g/cm3、方鎂石晶粒尺寸為50μm到200μm的優質鎂砂生產的特種高純度鎂質耐火製品可與炭黑(hēi)反成器中超高溫(2100℃)區域的操作條件(jiàn)相(xiàng)適應,而高溫(1725-1925℃)區域則選用97.5%~98%MgO的鎂(měi)質耐火製品築襯,進行分區砌築(zhù)便於獲得較佳的經濟/技術效果。在炭(tàn)黑反應器連續操(cāo)作的條件下證明(míng)其使用壽(shòu)命是充分的。然而,當爐子操作條件難以保證連續操作時,由於剝落所引起的爐襯不連續損毀卻是導致其使用壽命並(bìng)並不十分理想的重要原(yuán)因。