抗蠕变镁质耐火制品的研究­

　　　　石干 孙庚辰

　　­中钢集团洛阳耐火材料研究院洛阳471039­

摘 要 本文研究工艺条件变化对镁质材料蠕变性能影响。试验结果表明，采用镁砂为主要原料，通过添­加煅烧氧化铝细粉在高温形成原位形成镁铝尖晶石，有效阻碍方镁石晶粒的滑移，提高材料的抗蠕变性能;而­预反应镁铝尖晶石细粉的加入则无助于提高材料的抗蠕变性。镁砂的纯度越高，材料的抗蠕变性越强。采用­不同种类的镁砂以及预合成镁铝尖晶石、煅烧氧化铝细粉等为原料，可制备不同使用温度的系列低蠕变镁质耐­火制品。

­关键词 镁质材料 抗蠕变 镁砂­

1 引言

­高炉热风炉用耐火材料的要求是：蠕变率小、热­容量大、并具有良好的抗热震性。我国采用以Al2O3­一SiO2系材料的系列低蠕变砖。在热风炉顶和隔墙­及蓄热室的上部需用优质硅砖，中部应用不同牌号的­低蠕变莫来石砖、高铝砖(检测蠕变温度在1300～1500℃)，下部是低蠕变粘土砖(检测蠕变温度在­1150～1250℃)。镁质耐火材料与硅质和高铝质耐火­材料相比，具有热容量大，热传导性好，抗碱性杂质侵­蚀能力强的特点，有利于高炉“大风量高风温”的操­作，有利于降低燃耗、提高高炉利用系数、增加产铁­量。另外，我国具有丰富的菱镁矿资源，而铝矾土资­源相对不足，因此，研究开发抗蠕变镁质热风炉砖意­义重大。­

国外有关镁质耐火材料用于热风炉的报道仅有­前苏联[1]，国内有几篇关于玻璃窑蓄热室用抗蠕变镁­橄榄石砖的研究报道[2，3]。有关镁质耐火材料抗蠕变­性研究报道很少。本项目研究添加物和各种镁质原­料对镁质材料抗蠕变性及其它物理性能的影响，并克­服镁质材料热震稳定性差的缺点，研究抗蠕变镁质耐­火材料的制备工艺。

­2 试验过程­

试验方案是以镁砂为基础原料，研究镁铝尖晶­石、煅烧氧化铝粉等原料对制品性能的影响，以期提­高镁质材料的抗蠕变性和抗热震性，研制系列低蠕变­镁质耐火制品。­

试验所用原料见表1。试样的配比见表2。

试样1#以中档烧结镁砂为基料，并加入少量预合­成镁铝尖晶石颗粒原料，以提高试样的抗热震性。在­该方案基础上，试样2#、3#、4#分别加入特级矾土熟料­细粉、煅烧氧化铝细粉、预合成镁铝尖晶石细粉等添­加物，研究其对镁质材料抗蠕变等性能的影响。试样2#、3#添加的特级铝矾土熟料粉、煅烧氧化铝粉，在烧­成时原位形成镁铝尖晶石的量相当于4。添加的预合­成镁铝尖晶石。试样6#、3#、7#和8#分别采用普通镁­砂、中档烧结镁砂、97电熔镁砂和98电熔镁砂为基本­原料制备的试样，以比较镁砂种类对材料抗蠕变性能­的影响。5#试样是以98电熔镁砂为主要原料制备的，­8#试样是在此基础上添加煅烧氧化铝粉制备的。

­3 结果与讨论

­3.1 添加物对镁质材料性能的影响

­试样的试验结果见表3、图1、图2、图3。

 

­由表3的试验结果表明，与1#试样比较，2#、3#、4#­试样的耐压强度均较低;添加氧化铝细粉的3#试样荷­重软化温度明显较高(见图I)，蠕变率降低;添加矾­土熟料细粉或预合成矾土基镁铝尖晶石细粉的试样­均对高温性能无改善作用(见图2)。同样，与5#试样­比较，添加煅烧氧化铝细粉的8#试样的蠕变率较低。表明试样通过高温下原位形成的镁铝尖晶石，有助于­增强材料的抗蠕变性。­

同时，由表2得知，比较1#和3#试样、5#和8#试­样，试样中通过添加煅烧氧化铝，高温下原位形成的­镁铝尖晶石，增加抗热震次数，有利于改善材料的抗­热震性。

­图3表示1#、3#试样基质的显微结构照片。l#试­样基质中浑圆状深灰色的方镁石晶粒间是白色的钙­镁橄榄石等低熔点硅酸盐相，这是镁质材料特征性结­构。这种结构特点决定了镁质材料尽管具有较高的耐高温性能，表现在较高的荷重软化温度，但其抗蠕­变性不够强。3#试样基质中方镁石晶粒间除白色的­钙镁橄榄石等低熔点硅酸盐相外，存在着晶粒约5～­15μm的灰色镁铝尖晶石，或者说镁铝尖晶石部分替­代钙镁橄榄石等低熔点硅酸盐相。这些原位形成的­镁铝尖晶石晶粒与方镁石形成直接结合，会阻碍方镁­石晶粒间的滑移，由此降低试样的蠕变率，提高试样­的抗蠕变性。

3.2镁砂种类对制品性能的影响

­比较分别采用普通烧结镁砂、中档烧结镁砂、97­电熔镁砂的6#、3#、7#试样(试样性能见表3)，其荷重­软化温度随镁砂原料的氧化镁含量增加依次升高，­1400℃的蠕变率依次降低(见图4)。与采用97电熔­镁砂的7#试样比较，采用98电熔镁砂的8#试样蠕变­率较低(见图4试样1500℃蠕变结果)。这些结果表­明，镁砂的纯度对试样性能有明显的影响，镁砂的纯­度越高，低熔点硅酸盐矿物相的数量越低，方镁石晶­粒间的滑移越困难，试样的抗蠕变性能越强。另外，­镁砂所含杂质的CaO与SiO2质量比(或分子比)会影­响硅酸盐相的组成和材料的高温性能。研究表明氧­化镁材料CaO：SiO2比高，抗蠕变性强[4]。8#试样所­用镁砂原料中98电熔镁砂CaO：SiO2比较高，因此­8#试样的蠕变率较7#试样低。

 

3.3制砖试验­

根据以上研究结果，筛选出抗蠕变性和热震稳定­性俱佳的制备工艺方案。选用中档烧结镁砂、电熔镁­砂、预合成镁铝尖晶石砂、煅烧氧化铝细粉等为原料，­制作系列抗蠕变镁质试验砖。试验砖性能列于表4。­蠕变温度范围在1400～1550℃。­

4 结论

­(1)在氧化镁基材料中，添加煅烧氧化铝细粉在­高温下原位形成镁铝尖晶石，分布在方镁石晶间部分­替代钙镁橄榄石，有效阻碍方镁石晶粒的滑移，由此­提高材料的抗蠕变性;而预反应的矾土基镁铝尖晶石­的加人无助于提高材料的抗蠕变性。原位形成镁铝­尖晶石和预合成的镁铝尖晶石均可提高材料的抗热­震性能。

(2)镁砂的纯度影响着的试样性能。镁砂的纯度­越高，材料的蠕变率越低。根据使用温度条件，选用­不同种类的镁砂(中档烧结镁砂、电熔镁砂)，配合镁­铝尖晶石、氧化铝细粉等原料，可制备不同温度下使­用的系列镁质低蠕变砖。

­该镁质低蠕变砖可用作高炉热风炉和玻璃窑蓄­热室格子砖。同时，也希望钢铁设计部门对镁质抗蠕­变砖关注，镁质砖应用需要钢铁设计院工程设计师的­认同和支持。­

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】