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碱性耐火原料是指氧化镁、碳酸镁、硅酸镁或氧化镁与氧化钙为主要组分的耐火原料。
学科:固体矿产工业要求
词目:碱性耐火原料
英文:alkaline refractory raw material
释文:碱性耐火原料是指氧化镁、碳酸镁、硅酸镁或氧化镁与氧化钙为主要组分的耐火原料。主要有白云岩、菱镁矿、橄榄岩及蛇纹岩等。有用组分为MgO、CaO,或MgCO3、MgO和SiO2等;有害组分为Al2O3、Fe2O3、SiO2(白云岩、菱镁矿中者)、CaO(橄榄岩、蛇纹岩中者)等。碱性耐火原料耐火度高、抗碱性渣侵蚀能力强。用作镁砖、白云石砖、镁铝砖和镁铬砖等。是碱性炼钢炉和有色金属冶炼炉炉衬的材料,平炉、转炉、混铁炉以及水泥回转窑也多用这类耐火材料。
因为转炉炼钢要脱p、s,而脱去这两种元素需要碱性氧化物,也就是说在转炉里要造碱性渣,通常用石灰造渣、而且氧枪喷出的氧气把钢水氧化后形成的氧化物FeO也是碱性氧化物,所以不能用酸性炉衬,否则这些碱性氧化...
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碱性耐火材料论文
选课课号: (2012-2013-1)-B110344-320001-1 选课类型:任选课 《耐火材料》课程论文 题目:碱性耐火材料 姓名: ___王杰_________ 学号: _____2010440440__ 专业班级: ___冶金工程 10-03_ 指导教师: ___ 高绪东 ______ 重庆科技学院冶金与材料工程学院 中国 重庆 碱性耐火材料 王杰 (重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆 401331) 摘要:碱性耐火材料主要是指以氧化镁、氧化钙为主要成分的耐火材 料,对碱性渣有较强的抗侵蚀能力。包括镁砖、镁铝砖、镁铬砖、白 云石砖等(见镁质砖)。常用的是镁砖。含氧化镁 80%~85%以上的 镁砖,对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性,耐火度比粘土砖和硅砖高。 主要用于平炉、吹氧转炉、 电炉、有色金属冶炼设备以及一些高温设 备上。 关键词: 奖项耐火材料;氧化镁;氧化钙;镁砖
耐火材料碱性耐火材料
耐火材料碱性耐火材料
铬镁砂也称镁铬矿或镁铬尖晶石,是用镁质原料(烧结镁砂、天然菱镁矿或海(卤)水氢氧化镁制得的轻烧镁粉)和铬铁矿配合,经人工合成(烧结或电炤)得到的以方镁石和铬尖晶石为主要组成矿物的碱性耐火原料。
1.制造镁铬砂的原料
①含量MgO的原料有菱镁矿、浮选镁精矿、海(卤)水提取的氢氧化镁、轻烧镁粉等。
对它的基本要求是SiO2、Al2O3、Fe2O3含量尽可能低。一般采用海水提取的轻烧镁粉或浮选镁精矿制得的轻烧镁粉等较纯的原料。我国多采用后者,要求SiO2含量低于0.5%〜1.5%,烧失量<2%。
②铬铁矿 可选用质量较好的铬铁矿或铬精矿。要求铬铁矿中的SiO2含量低:对于F2O3含量无特殊限制。我国铬铁矿的质量较差(Cr2O3含量低,SiO2含量高),不宜直接用于合成镁铬砂,应选用铬精矿。根据使用要求,也可将铬铁矿段矿与铬精矿配合使用以控制总体SiO2含量。
2.镁铬砂中Cr2O3的含量
镁铬砂中Cr2O3的含量取决于镁砂的用途和对其性能的要求。通常铬铁矿加入量越多, 镁铬砂中尖晶石总量越高,二次尖晶石(铬铁矿中的尖晶石为一次尖晶石,铬铁矿中的在高温下向方镁石中扩散而在方镁石边缘形成的尖晶石称之为二次尖晶石含量也越高,镁铬砂的高温强度与抗侵蚀能力也越强。一般烧结镁铬砂的Cr2O3含量为5%〜15%,电熔镁砂为15%〜25%,也有高达30%〜35%的。
据我国以浮选镁精矿轻烧粉与铬精矿配合制造烧结镁铬砂的经验,Cr2O3含量为5%〜10%为最佳。当低于或超出该范围时,合成砂的显气孔率偏高,颗粒松散;在高温竖窑内煅烧时,易粘窑和结块,常使煅烧过程受阻。
3.工艺过程
图1为采用轻烧锬粉与铬铁矿(铬中矿粉与铬精矿配合使用)为原料生产烧结镁铬砂的工艺流程。将各种原料称重,按比例混合,然后送入压球机中压成球坯(干法成球),料球直径16〜32mm,球坯密度为2.1〜2.2g/Cm3。球坯入燃油竖窑中煅烧,烧成温度2000℃,要控制好窑内气氛,以氧化气氛煅烧的合成砂质量较好。烧结砂出窑温度为100〜150℃。以轻烧镁粉和铬铁矿为原料时镁铬砂热耗为600〜700 kcal/kg。镁铬砂也可以在隧道窑和回砖窑中高温煅烧。
图1烧结镁铬砂生产流程
电熔法也是生产合成镁铬砂的常用方法,特别是对Cr2O3含量高的合成砂。它与烧结砂的区别在于方镁石与尖晶石呈直接结合结构,晶间尖晶石自形程度高;组织致密、颗粒气孔率低;硅酸盐相含量相对较低。因而电熔镁铬砂具有更好的抗侵蚀性能。用它制做大颗粒再结合镁铬砖甚至可以达到电熔镁铬砖的性能,明显优于烧结砂。而烧结砂则热震稳定性好、成本低。
镁铬尖晶石是镁铬砂的主要组成矿物之一,理论组成为MgO 21.0%, Cr2O3 79.0%,属立方晶系,密度4.429g/cm3,熔点2180℃莫氏硬度5.5,25〜900℃的线膨胀系数5.70〜8.55×10-6℃-1。
由于所用的原料铬铁矿成分比较复杂,所以人工合成的镁铬砂往往含有由FeO、MgO 与Fe2O3、Al2O3、Cr2O3组成的多种尖晶石。烧结镁铬砂的Cr2O3含量—般为5%〜15%,体积密度3.30〜3.40g/cm3;电熔镁铬砂有中铬与高铬之分,中铬砂的Cr2O3为15%〜30%,Cr2O3含量大于30%的可算作是高铬砂。电熔镁铬砂的体积密度为3.6〜4.2g/cm3。表1为各种镁铬砂的物理化学性能。
表1铬镁砂的理化性能
在烧结镁铬砂的结构中,方镁石已明显尖晶石化,即在方镁石晶体内部有星点状镁铬尖晶石,尺寸一般为15〜30μm,方镁石晶体较大,一般为150〜180μm方镁石晶体之间有发育完整的镁铬尖晶石,一般为0〜40μm。硅酸盐相少见,气孔较少,且大小基本一致,分布均匀。在Cr2O3含量较高的烧结镁铬砂中,有时还存在有铬铁矿颗粒,其周围为镁铬尖晶石,以此种砂制砖热震稳定性较好。
合成镁铬砂的矿物组成是很复杂的,除方镁石、铬尖晶石外,还有钙镁橄榄石(CMS)、镁橄榄石(M2S)和铁铝酸四钙(C4AF)等。表2为两种电熔镁铬砂的矿物组成实例,可见尖晶石含量与Cr2O3+Al2O3+Fe2O3的含量有关。
表2电熔镁铬砂的矿物组成
本《手册》共6篇30章,分别介绍了耐火材料物理化学基础、耐火材料的分类及性质、耐火材料显微结构、铝硅系耐火原料、碱性耐火原料、隔热耐火原料、其他耐火原料、耐火材料用结合剂与外加剂、耐火材料生产工艺及生产装备、铝硅系耐火制品、碱性耐火制品、含碳耐火材料、特种耐火材料、功能耐火材料、耐火材料在不同行业中的应用、耐火材料的化学分析、物理性能测试、耐火材料的标准化现状等。
本《手册》除供耐火材料专业技术人员使用外,还可供冶金、化工、轻工、建材和窑业等专业技术人员使用,也可供大专院校有关专业师生参考 。
随着高温技术的发展。对耐火材料的要求不断提高,并要求研制新的耐火原料以满足使用要求。除了发掘天然原料外,人工合成耐火原料也不断研制成功,如碳化物、氮化物、硼化物等。另外,还研制出无机纤维类及空心球类(见隔热耐火材料)原料;在辅助原料中又有多种有机结合剂、无机结合剂。关于耐火原料的分类,世界各国不完全一致。按化学性质分为酸性耐火原料、碱性耐火原料、中性耐火原料。但通常将耐火原料分为Al2O3-SiO2系耐火原料、碱性耐火原料、隔热耐火原料、耐火材料结合剂、其他耐火原料。
Al2O3-SiO2系耐火原料 有硅石、半硅质粘土(含叶蜡石)、耐火粘土(含高岭石)及其熟料、铝土矿(含硅线石族矿物、水铝石、莫来石)及其熟料、刚玉及工业氧化铝等。
半酸性原料(主要是耐火黏土)
在过去的分类中,黏土都是被列在酸性原料中,实际是不合适的。耐火原料的酸性依据是以游离的硅石(SiO2)为主体,因为按照耐火黏土与硅质原料的化学成分而言,耐火黏土中的游离硅石比硅质原料要少得多。因为在一般耐火黏土中有30%~45%的氧化铝,而氧化铝很少是游离状态的,必然与硅石结合而成高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O),即使有多余的硅石量也很少、作用也很小。因此,耐火黏土的酸性性质较硅质原料要弱得多。
有些人认为,耐火黏土在高温下分解成为游离硅酸、游离氧化铝,但并不是就此不变,在继续受热时游离硅酸与游离氧化铝将结合成为英莱石(3Al2O3·2SiO2)。英莱石对碱性矿渣有很好的抗酸性能,同时由于耐火黏土中氧化铝成分的增高,其酸性物质渐渐变弱,当氧化铝达到50%,便出现碱性或中性性质,特别是在超高压力下制成的黏土砖,密度大、细致紧密、气孔率低,在高温条件下对碱性矿渣的抵抗性比硅石要强。就其侵蚀性而言,英莱石也是非常迟缓的,因此我们认为把耐火黏土列为半酸性原料是比较合适的。耐火黏土是耐火材料工业中最基本而且用途最广的一种原料。
中性原料
中性原料主要是铬铁矿、石墨、碳化硅(人工制造),在任何温度条件下都不与酸性或碱性矿渣发生化学反应。目前在自然界中有两种这样的原料,即铬铁矿和石墨。石墨除天然的以外,还有人造石墨,这些中性原料,对矿渣均有显著的抵抗性能,最适合用作碱性耐火材料和酸性耐火材料的隔层。
碱性耐火材料原料
主要是菱镁矿(菱苦土)、白云石、石灰、橄榄石、蛇纹石、高铝氧原料(有时呈中性),这些原料对碱性矿渣有较强的抵抗力,多用于砌筑碱性熔炉,但是特别容易和酸性矿渣起化学反应而成为盐类。
特殊耐火材料:主要是氧化锆、氧化钛、氧化铍、氧化铈、氧化钍、氧化钇等。这些原料对各种矿渣有不同程度的抵抗性能,但是由于原料来源不多,不能在耐火材料工业中大量的应用,只能在特殊情况下采用,因此通称为特殊耐火原料。
硅质原料
例如:石英、鳞石英、方石英、玉髓、燧石、蛋白石、石英岩、白硅砂、硅藻土,这些硅质原料中所含氧化硅(SiO2)至少在90%以上,纯净原料有氧化硅高达99%以上的。硅质原料在高温化学动态中是酸性性质,当有金属氧化物存在时,或与其接触时即起化学作用,并结合而成易熔的硅酸盐类。因此,如果硅质原料中含有少量的金属氧化物时,严重影响它的抗热性。
Al2O3-SiO2系耐火原料:有硅石、半硅质粘土(含叶蜡石)、耐火粘土(含高岭石)及其熟料、铝土矿(含硅线石族矿物、水铝石、莫来石)及其熟料、刚玉及工业氧化铝等。
碱性耐火原料:有石灰石、白云石、菱镁石、水镁石、镁橄榄石等的煅烧料或电熔料及镁铝尖晶石、镁铬尖晶石砂等。
其他耐火原料:有锆石(含氧化锆)、铬铁矿、碳化物类、石墨、氮化物类及硼化物类等。
隔热耐火原料:有珍珠岩、蛭石、硅藻土、矿棉、漂珠、耐火纤维及空心球等。