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烧成镁钙砂和电熔镁钙砂合成工艺以及性能对比

发布日期:2021-02-05 浏览次数:13598

      镁钙砂是指按给定的CaO/SiO2比值釆用合成工艺制得的镁钙质耐火原料。亦称高钙镁砂。用于制造镁钙砖。随着煅烧温度的提高,可使C4AF百分布在方镁石晶粒之间逐渐集聚到方镁石晶粒夹角空隙处,致使砖的高温强度提高。合成镁钙砂虽然比普通镁砖用砂的含钙量高得多,但由于无游离CaO3,制砖工艺与普通镁砖相同,仍然可用亚硫酸纸浆废液作结合剂。镁钙砂根据生产工艺的不同,可分为烧结镁钙砂和电熔镁钙砂两种,

下文中,我们将总结两种镁钙砂各自的合成工艺,从而了解两种工艺的不同之处。


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1、烧结镁钙砂的合成  

      以轻烧高纯白云石和高纯菱镁矿为原料,并严格控制工艺条件,可以在中温隧道窑或坚窑中制得致密的、性能良好的合成镁钙砂。烧结镁钙砂的合成一般采用二步煅烧法工艺:轻烧压坯死烧。轻烧的目的在于活化晶格。轻烧是指在原料烧结的温度范围内,以较低的温度焙烧,使原料完成一部分物理化学反应,增加晶格缺陷,从而提高活性,促进烧结。轻烧温度对原料的活性影响很大,它直接关系到最终熟料的烧结温度与体积密度。白云石和菱镁矿的最佳轻烧温度约为900℃。死烧是在更高温度下进行的一种烧结方法。镁钙砂一般在1700〜1800℃下进行煅烧。合成烧结镁钙砂的二步煅烧工艺见图1。

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为了获得致密度高,性能良好的烧结镁钙砂,各工艺参数须受到严格控制,分为以下几个方面


(1)消化处理  

      轻烧白云石需要提前加水充分消化,因为氧化钙非常容易水化产生氢氧化钙和发生体积膨胀,而且轻烧白云石属于多孔聚集体,难以烧结,导致成型坯体粉化。一般消化需要加水40wt%〜45wt%。消化在刚开始15min内最为剧烈,到60min时已基本完成。这时,镁钙砂的烧结性能最好,再增加消化时间,对烧结性能的影响不大。


(2)成型压力  

      为了生产出合格的镁钙砂,半成品的体积密度必须为2.0g/cm3。由于镁钙砂是全由细粉制成的,压力过大时,会产生弹性后效而层裂。因此,成型压力得控制适当。


(3)烧结助剂  

      烧结剂能与MgO、CaO形成低熔物或连续固熔体,能活化晶格、增加晶格缺陷,促进方镁石晶体长大和物料的烧结,从而提高镁钙砂的体积密度及抗水化性能。常用的烧结剂主要有TiO2、Fe2O3、V2O5、CeO、ZrO2等。为了不影响高温使用性能,烧结剂的加入量应根据原料中的杂质含量确定,其量一般为:0.5wt%~1.0wt%。

 

(4)原料的粒度  

      为了促进镁钙砂的烧结,需要对原料进行充分细磨。物料在机械力的作用下产生扭曲,晶体表面和内部的结合键被破坏,晶格的增长进一步增大了结构缺陷,使物料的比表面积极大地增加。而烧结时,这些能量转换为烧结的动能,从而促进了烧结。  



(5)原料纯度的控制  

      主要是控制Al2O3、SiO2、Fe2O3的含量。镁钙砂中的CaO能与Al2O3和Fe2O3反应生成Ca4Al2Fe2O10(Tm=1415℃),该化学作用导致最低共熔点温度在MgO-CaO的系统中下降。因为该系统是稳定的液相,其抗腐蚀性会降低,即使该液相可以使MgO-CaO的烧结,也须使Al2O3和Fe2O3的成分在系统中受到控制。通常Al2O3的含量限制在0.5wt%以内。SiO2会使低MgO/CaO比值的MgO-CaO-C的抗渣性能下降,而且产生Ca2SiO4和Ca3SiO5在消耗MgO-CaO-C中CaO的前提下,由于在高温下的CaCaO的所占的成份与SiO2杂质产生反应一部分生成Ca2SiO4,另一部分生成Ca3SiO5。在冷却期间,Ca2SiO4产生晶型转化且夹杂着体积膨胀,导致其粉碎。因此,必须控制其所占的成分在1wt%之内。

  

(6)浸盐处理  

      为了使MgO-CaO-C砖具有更好的抗水化性能,在不影响使用的条件下,对合成镁钙砂成品进行缩聚磷酸盐复合溶液处理。缩聚磷酸根和与镁钙熟料表面的发生反应,生成了磷酸氢钙和磷酸二氢钙等不溶性磷酸盐覆盖层,提高了镁钙熟料的抗水化性能。  


2、电熔镁钙砂的合成  

      电熔镁钙砂是以天然菱镁矿和白云石矿为原料,按照一定的比例混配,在2750℃以上的高温熔融而成的。电熔镁砂由于熔炼充分,晶格完整,活性较小。其显微结构特征为:在砂表面呈熔融状态的主晶相方镁石(MgO晶粒:0.02〜0.20mm)与呈弯曲薄膜的方钙石彼此相互包裹,且分布均匀、结构致密。MgO、CaO呈均匀分布的三维网状结构,使之具有较高的耐侵蚀性和抗水化性。电熔镁钙砂的强度、抗渣侵蚀性能皆优于烧结镁钙砂。

 

(1)强度对比:镁钙砂的强度取决于体积密度和烧成温度。体积密度越高,则粉化率就越低;烧成温度越高,则体积密度就越大,强度也就越高。电熔镁钙砂是经2750℃以上的高温熔融而成的。在熔融状态下,原料之间充分接触反应,其堆积密度几乎达到最大。而且,其熔融温度更远远大于二步锻烧的重烧温度(1700℃〜1800℃),其晶粒较大,发育更完整。可见,电熔镁钙砂的强度要高于烧结镁钙砂。  


(2)抗渣侵蚀性能对比:由于电熔镁钙砂的次晶相方钙石和主晶相方镁石具有高强度的结合,且烧结镁钙砂与其具有相同的抗渣侵蚀机理,导致填充在主晶相夹角处的为电熔镁钙砂与钢渣产生化学反应的低熔物,不易生成大面积液相。故合成镁钙砂的抗渣性不如电熔镁钙砂的好。



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