鄭州榮盛耐火材料有限公司

榮盛耐材生產的電爐用鎂尖晶石質耐火搗打料的性能分析如下：

1、體積穩定性

為了解決MgO-Fe2O3-CaO質耐火材料自身過燒結引起的電爐爐底產生開裂剝落問題,只有選用在其燒結時能夠產生膨脹性能的材料才能達到目的。其中,應以MgO-Al2O3系材料為X。如圖1所示,處于MgO-MgO·Al2O3相區的混合物出現液相的溫度高達2 050℃,表明它們在電爐操作的溫度下,不會出現液相。同時,當正確選擇MgO源和Al2O3源時,始終伴隨反應燒結所產生的膨脹(線膨脹率約2.45%)可阻止其過燒結現象的產生。

MgO+Al2O3→MgO·Al2O3(3)

對鎂尖晶石質耐火搗打料體積穩定性的研究結果示于圖2?？梢钥闯?當MgO/Al2O3比值在65/35~62/38(質量百分比)時,于1 600℃,5h燒成后的鎂尖晶石質耐火搗打料的X線變化率在+1.0%~+1.5%之間。

2、燒結性能

MgO-MgO·Al2O3質耐火材料用于電爐爐底,首先必須具有良好的燒結性能,在以MgO和MgO·Al2O3為主料的同時,又分別引入MgO超細粉和Al2O3超細粉,使材料在中溫階段就已經開始進行良好的燒結,其強度已達到MgO-Fe2O3-CaO質耐火材料水平,見表1。

3、耐高溫性能

通常,MgO·Al2O3質材料中都含有少量的CaO、SiO2和FeOn等雜質,因而它們亦為MgO-CaO-Al2O3-FeOn-SiO2系統,考慮到FeOn可溶入MgO·Al2O3中,此時MgO-Al2O3系材料可用MgO-CaO-Al2O3-SiO2四元系來粗略地描述。將FeOn由Al2O3取代,可看出,MgO·Al2O3質耐火材料在僅含極少量CaO或/和SiO2時就會在1 600℃出現液相,表明這種耐火材料的抗侵蝕和抗沖刷性能有可能不如MgO-Fe2O3-CaO質耐火材料,由此可知,MgO·Al2O3質耐火材料中的CaO和SiO2含量應愈低愈好。然而,當MgO·Al2O3質耐火材料中不含CaO或者不含SiO2時,在1 600℃其液相區域較小,說明MgO·Al2O3質耐火材料中CaO含量(不含SiO2)或者SiO2含量(不含CaO)較低時,其耐火性能較好。

4、抗渣性能

在堿性電爐熔煉過程中,初期形成的是堿性氧化性初渣,其中含有過剩的CaO和大量的FeO,初渣接觸爐底的比率很小,只能接觸侵蝕到爐坡;后期形成堿性還原性爐渣,其中的FeO含量較低,終渣出鋼過程中能接觸侵蝕爐底,在采取留鋼操作后終渣只能接觸侵蝕到爐坡而已。終渣成分中的CaO/SiO2比通常在1.8~4.0之間,因而可以用MgO-Al2O3-CaO-SiO2系(考慮到FeOn溶入MgO-Al2O3中)相圖中MgO-Al2O3-CaO/SiO2(1.8~4.0)相關系來說明。根據MgO-Al2O3-CaO-SiO2四元相圖中MgO-Al2O3-CaO/SiO2=2.0及MgO-Al2O3-CaO/SiO2=3.0三元相圖及對應的1 600℃等溫截面圖可知,無論CaO/SiO2=2.0,還是CaO/SiO2=3.0,在1 600℃時,全液相區域都很小,表明MgO·Al2O3質電爐爐底工作層對電爐終期熔渣的侵蝕具有很高的抵抗能力。

雖然MgO·Al2O3質耐火材料抗電爐終期熔渣侵蝕的能力有可能不如MgO-Fe2O3-CaO質,就綜合抗渣性能來講,MgO-MgO·Al2O3質明顯優于MgO-Fe2O3-CaO質,如圖3所示。

MgO·Al2O3質耐火材料限制熔渣滲透的化學原理如下[在基質(細粉)中Al2O3含量足夠高時]:CaO同MgO·Al2O3反應形成高熔點的鋁酸鈣;FeOn等同MgO·Al2O3和MgO形成固溶體;剩下的富含SiO2熔渣則變得非常黏稠,此時熔渣滲透深度(L)可用下式表示:

L2=σrcosθt/η(4)

式中:σ為熔渣表面張力;θ為熔渣對母體的潤濕角;r為MgO·Al2O3質電爐爐底工作層的氣孔半徑;t為熔渣滲透時間;η為熔渣黏度。由(4)式看出:

L∝η-2(5)

上述形成的高熔點鋁酸鈣-尖晶石固溶體界面層可阻止爐底工作層的蝕損,并且具有抑制自身過燒的優點,因而采用MgO-MgO·Al2O3質耐火搗打料作為強化冶煉操作的電爐爐底工作襯。