耐火材料第六章 尖晶石耐火材料教材课件.ppt

第六章 尖晶石耐火材料（中性）,镁铝尖晶石镁铬尖晶石,广义尖晶石化学通式：MeOR2O3（ MeR2O4） MgOAl2O3 MgOCr2O3 MgOFe2O3 MgAl2O4 MgCr2O4 MgFe2O4,3,结合方式 普通镁铬砖 直接结合镁铬砖 再结合/半再结合/共烧结镁铬砖 化学结合镁铬砖 熔铸镁铬砖,主要应用 水泥回转窑 玻璃窑蓄热室 精炼炉（RH炉，VOD炉，AOD炉） 有色冶金炉 石灰窑 混铁炉,铬尖晶石质耐火材料,4,由含铬的颗粒和脉石矿物组成。主要组成：(Mg,Fe)O(Cr,Al,Fe)2O3,铬的主要来源：铬铁矿（Chromite),脉石： 镁的硅酸盐，如蛇纹石（3MgO2SiO22H2O）、 叶状蛇纹石、橄榄石和镁橄榄石等。一般M/S摩 尔比2，主要以蛇纹石为主。,化学成分变化很大 Cr2O3 1862% Al2O3 033% Fe2O3 230% MgO 616% FeO 018%,镁铬砖生产的工艺原理,热震稳定性：图61所示，当铬矿与镁砂的比例为1:1时，热震稳定性最好。铬矿爆胀现象：当铬含量高时，铬矿颗粒能与所接触的Fe3O4形成固溶体，引起体积的急剧膨胀，致使制品产生爆胀现象，铬矿含量越高，爆胀越严重。抗渣性：镁砂含量越高，抗渣性越好。这是生产镁铬砖的基础。,气氛影响：还原气氛下，细粉镁砂中的MgO置换铬矿中的FeO，体积收缩24.3，产生烧成裂纹。氧化气氛下，铬矿中的FeO氧化成Fe2O3，形成(Fe,Cr)2O3固溶体，体积收缩1.5%；同时由MgO置换出来的FeO氧化成Fe2O3，随即与MgO结合成铁酸镁，这两个反应的总体积膨胀只有6.6%。所以，含铬矿的材料应该在弱氧化气氛下烧成。,普通镁铬砖的生产：与镁砖生产工艺类似烧结镁砂铬铁矿普通镁铬砖（镁铬砖）骨料是镁砂和铬铁矿，细粉为镁砂。水和纸浆废液为结合剂，摩擦压转机成型，隧道窑1600烧成。,直接结合镁铬砖：生产工艺与普通镁铬砖类似高纯镁砂铬精矿1700烧成，杂质含量少，烧成温度高，高温矿物相的直接结合率高。,抗渣性好 荷重软化温度 1650 抗热震性优良,为了提高热震稳定性和抗渣渗透性，目前生产的镁铬砖，可以采用人工合成镁铬砂（烧结或电熔）。,镁铝尖晶石质耐火材料,定义：MgOAl2O3,应用: 大型水泥回转窑 玻璃窑蓄热室 石灰窑 电炉炉顶 炉外精炼炉 钢包 连铸功能材料,根据Al2O3含量分类 方镁石-尖晶石耐火材料（Al2O330%） 第一代（镁铝砖， Al2O310%） 第二代（方镁石-尖晶石砖, 10 Al2O330%） 尖晶石-方镁石耐火材料（Al2O3 3068%） 尖晶石耐火材料（Al2O3 6873%） 尖晶石-刚玉耐火材料（ 73% Al2O3 90%） 刚玉-尖晶石耐火材料（Al2O390%）,尖晶石引入方式 原位生成尖晶石 预合成尖晶石(减少膨胀效应 ）, 熔点2135（2105 ） 化学稳定性好 热膨胀系数小,9001200开始形成尖晶石，1400反应显著 ， 1550反应基本结束。,MgO+Al2O3-MgOAl2O3,11,1、镁铝尖晶石组成,化学式：MgOAl2O3 （ MgO28.3%，Al2O371.7%）,12,2、镁铝尖晶石合成工艺,1）原料,MgO源 菱镁矿、轻烧镁粉、镁砂、碳酸镁、氢 氧化镁等； Al2O3源铝矾土生料、铝矾土欠烧料、铝 矾土熟料、工业氧化铝、氢氧 化铝等。 外加剂B2O3、MgCl2、MgF2、AlF3、TiO2、 Fe2O3、BC4、 BaCO3、ZnO、BaO等。,13,一步法烧结合成 菱镁矿+铝矾土生料干法共磨成型烧成尖晶石熟料 一步半法烧结合成 轻烧镁粉+铝矾土生料干法共磨成型烧成尖晶石熟料 二步法烧结合成 菱镁矿+铝矾土生料干法共磨成型轻烧（1300） 破碎成型烧成尖晶石熟料 电熔法,2）合成路线,14,3）分类, 化学组成 富镁尖晶石 理论尖晶石/真尖晶石 富铝尖晶石 化学纯度 矾土基尖晶石/中档尖晶石 氧化铝基尖晶石/高纯尖晶石 生产工艺 轻烧尖晶石 烧结尖晶石 电熔尖晶石,4）性能 热震稳定性良好； 抗铁渣、K2O和Na2O的硫酸盐侵蚀性强； 还原气氛下体积稳定性优良； 抗游离CO2、SO2和SO3冲刷性能强。,3、生产工艺：与镁铬尖晶石材料生产工艺类似配料：镁砂骨料尖晶石中颗粒（尖晶石细粉）镁砂细粉含氧化铝的细粉尖晶石骨料尖晶石细粉镁砂细粉含氧化铝的细粉矾土或刚玉骨料尖晶石中颗粒（尖晶石细粉）镁砂细粉含氧化铝的细粉水和纸浆废液为结合剂，摩擦压转机成型，隧道窑烧成。,第七章 含锆耐火材料,ZrO2熔点约2700，化学稳定性良好，不易被熔渣润湿，因此纯氧化锆、锆莫来石和锆刚玉制品均有良好的抗渣性、热震稳定性、荷重软化温度、耐磨性。是高级耐火材料。ZrO2的来源主要是锆英石ZrO2SiO2(ZrSiO4)。工业上为了减少SiO2的影响，常常使用脱硅锆，或纯ZrO2。,ZrO2的晶型转化,加热密度增大，表现为体积收缩，冷却密度减小，表现为体积膨胀。,ZrO2的稳定,在ZrO2中加入阳离子半径相差较小的氧化物，高温处理后可以得到从室温到2000以下都稳定的立方ZrO2固溶体，消除在加热冷却过程中因相变引起的制品开裂。加入的氧化物称为稳定剂。经过处理的ZrO2为稳定ZrO2。常用的稳定剂为：CaO，MgO，Y2O3ZrO2 - MgO系固溶体长时间加热发生分解；ZrO2 - CaO系固溶体长时间加热部分分解；ZrO2 - Y2O3系固溶体长时间加热不分解。,立方ZrO2的固溶范围ZrO2 MgO系统,稳定剂MgO有效加入量摩尔分数为16-26%形成立方固溶体；立方固溶体长时间加热（1000-1400）后会发生分解，导致制品破坏。,立方ZrO2的固溶范围ZrO2 CaO系统,稳定剂CaO有效加入量摩尔分数为15-29%形成立方固溶体；立方固溶体较为稳定，但长时间加热（1000-1400），易发生部分分解，而使ZrO2失去稳定性。在煅烧温度下处于两相区（四方+立方固溶体）中任何组成都是部分稳定，而处于立方结晶区（单相）的组成则是完全稳定的。,立方ZrO2的固溶范围ZrO2 Y2O3系统,稳定剂Y2O3有效加入量摩尔分数为7-40%形成立方固溶体；在1000-1400长时间加热不发生分解。但Y2O3为稀缺资源，价格昂贵。复合稳定剂，ZrO2-MgO和ZrO2-CaO固溶体中加入1-2%的Y2O3即可显著提高其热震稳定性。加入3-5%的Y2O3可以使固溶体完全不分解。,全稳定ZrO2制品的膨胀系数比较大(8.811.810-6/)，影响材料的热震稳定性。部分稳定ZrO2制品热震稳定性比前者好，线膨胀系数为4.410-6/，其二是部分稳定ZrO2有一定程度的相变，能改善材料的韧性，从而提高材料的热震稳定性。（相变增韧原理）纯氧化锆耐火材料一般采用浇注成型或等静压成型，因为天然产含氧化锆的原料为锆英砂ZrO2SiO2(ZrSiO4)，粒度小（无大块）；脱硅锆和工业氧化锆均为粉状。由于资源少价格高，氧化锆经常作为添加组分，少量的加入到普通耐火材料中，却能大大的提高材料的性能。如锆刚玉、锆莫来石砖、铝锆碳滑板等。,部分稳定ZrO2,