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镁橄榄石耐火材料

镁橄榄石耐火材料是以镁橄榄石为主晶相的耐火材料,多用橄榄岩等作为主要原料制成,其中经成型的制品称为镁橄榄石砖。

1、镁橄榄石耐火材料的主要组成

镁橄榄石耐火材料的化学组成: (MgO)=37%~62%,m(MgO)m(SiO2)波动于0.952.00。主晶相镁橄榄石 (M2S)=65%~75%。其余为MF和其他矿物。m (MgO)m(SiO2) 1.33者往往含有少量方镁石。

橄榄石熔点较高,达1890℃,它与顽辉石都是MgOSiO2二元系中的二元化合物。它与MgO的共熔温度很高,达1850℃。与此相反,它与顽辉石共存出现液相的温度却很低,仅1557℃。

镁橄榄石在还原状态同铁直接接触时,由于Mg2+Fe2+半径相近,镁铁置换形成无限固溶体。从而使系统出现液相的温度降低,制品的耐火度也随之降低。而且,在氧化气氛下,2FeO·SiO2700℃时即可分解为Fe2O3SiO2。这些Fe2O3在开裂面和晶粒界面析出。并在1400℃以上与M2S反应形成MFMSFeO的氧化和MF的生成都伴有很大的体积膨胀。若此种Fe2O3析出后,随后在还原气氛下,再次成为2FeO·SiO2而消失,但在橄榄石晶粒上形成的裂隙却仍然存在。故当此种材料中含铁的氧化物的量较高或受铁质侵蚀后,极易在气氛性质频繁变动的情况下产生松散作用。

2、镁橄榄石耐火材料的原料  

生产镁橄榄石耐火材料的主要原料为橄榄岩和纯橄榄岩。这些矿石主要由橄榄石组成,并含有辉石。其中纯橄榄岩矿物成分较单纯,橄榄石的质量分数为85%~100%,辉石的质量分数为015%。这种原料中无含水和受热分解矿物,在受热时灼减和收缩都很小,体积稳定。可不经高温煅烧直接作为耐火材料使用。既可经切割制成块状制品,或经粉碎、筛分、合理级配后制成不定形耐火材料,也可加结合剂经成型或再经烧成制成不烧或烧成制品。若原料中含蚀变产物,含水矿物蛇纹石和滑石,则不宜不经预烧直接使用。对此应经预烧,并需外加适量轻烧或镁砂制成团块预烧,以保证体积稳定和形成大量M2S。含蛇纹石的原料加镁砂的块团预烧温度为14001450℃。原料煅烧应在氧化气氛下进行,以使铁的氧化物处于高价态,保证产品的体积稳定性。

当原料中含铁氧化物量较高时,对材料的抵抗高温性能和体积稳定性有影响,FeO氧化及MF形成的膨胀松散效应,也使材料难于烧结。故橄榄石中FeO的质量分数大于10%时,不宜作为耐火材料。

3、镁橄榄石烧结制品的生产

此种制品的生产工艺与镁砖基本相同。若为保证原料中的SiO2MS都形成M2S,形成MF,以提高制品的高温性能,需加入轻烧MgO或死烧镁砂。以细粉的形式加入,可强化制品的基质。由于镁橄榄石生熟料都是瘠性料,宜用黏结性较高的结合剂,如浓度较大的纸浆废液与MgCl2溶液等,用量依成型方法而定,所含水分的总质量分数约为3%~5%。

制品的烧成与熟料煅烧相同,应控制在氧化气氛下进行。此种制品烧成范围较窄。烧成温度依基质中优(MgO)m(SiO2)而定,m(MgO)m(SiO2)较高者,一般烧成温度在1550℃左右。

4、镁橄榄石耐火材料的性质与应用

4.1强度和荷重软化温度。

由于镁橄榄石的熔点较高,MgO-M2S共熔温度也很高,耐火度很高,在1800℃以上。此种制品也具有较高的高温强度。荷重软化温度可达1600℃。故此种制品可用于高温下受重负荷较大的情况。但是,当优(MgO)m(SiO2)较低时,因其中有顽辉石共存,故耐火度和高温强度都较低。

4.2抗热震性

此种制品中的M2S热膨胀性较高,201500℃下平均线膨胀系数约为11×10-6-1,但在温度变化时无晶型转变。故具有一定的抗热震性。

4.3耐侵蚀性

镁橄榄石耐火材料是一种弱碱性耐火材料。对Fe2O3侵蚀有较强的抵抗性,有一定的抗碱性渣能力。m(MgO)m (SiO2)较高者,即矿物组成主晶相镁橄榄石所占比例很高,或在主晶相以外还有少量方镁石者抗渣性较好。但是,由于M2SCaO接触,从1400℃起即可反应形成易熔的CMS,同A12O3接触在1250℃以上就易形成堇青石。此种堇青石在1460℃下分解熔融,故此种制品既不宜用在受强碱性渣侵蚀之处,也应避免直接与粘土耐火材料和高铝耐火材料接触。由于M2S在高温下(如在1650℃以上)可被碳素材料分解,故应避免与它接触。

由于此种制品中的M2S与铁直接接触时,易形成[M2SF2S],使出现液相的温度降低,而且铁氧化物在气氛变动下易导致晶粒松散,故不宜在气氛经常变动的情况下使用。

镁橄榄石耐火材料可部分代替镁砖,主要用作有色金属冶炼炉的炉衬材料、炼钢转炉和电炉的安全衬、玻璃熔窑蓄热室格子砖、煅造加热炉和水泥窑的内衬材料等。





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