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耐火材料行业知识

镁质耐火材料的高温强度

  通过纯度对镁质耐火材料高温强度的影响研究表明,镁质耐火材料高温强度随Mgo的含量由90%提高到98%时,有缓慢下降的趋势。但当MgO含量超过98%时,却突然增加了,其中MgO含量增加到99%以上时,能显著地提高其高温强度。镁质耐火材料高温强度随MgO含量增加而提高的这种变化规律,在CaO/SiO2(摩尔比)大于1.7或者小于1.7都是如此。这说明MgO的含量是影响镁质耐火材料高温强度的一个关键参数。因为杂质含量高的镁质耐火材料,由于杂质会聚集在方镁石晶问内形成熔剂结合,因而其高温强度即会下降。
  相反,如果杂质含量很低(高纯度),例如,<2%,因杂质被孤立存在于方镁石晶粒交接处(角隅),因而MgO—MgO直接结合组织发达,高温强度大。这就解释了现代镁质耐火材料技术为什么要发展含量为98%级甚至99%级的镁质耐火材料的原因。
  除杂质总量的原因之外,杂质种类及其相对含量对镁质耐火材料的高温强度也有影响。例如:
  (1) 5%M2S在无CaO存在时,镁质耐火材料的高温抗折强度接近纯MgO的高温抗折强度值。并且当同时还含有0.5%Al2O3和0.5%Fe2O3而无CaO的镁质耐火材料的高温抗折强度与纯MgO也不相上下。但若向MgO+M2S配料中引进0.5%CaO时,即会使其高温强度严重下降。另外,在MgO—M2S材料中同时引进CaO、Al2O3和Fe2O3时,则会使其高温强度更加明显地下降。
  (2) CMS会使镁质耐火材料的高温强度大为下降,但却会随着CMS比例的降低而提高。不过即使CMS比例低至0.5%时,镁质耐火材料在1500℃时的高温强度也只有纯MgO的1/10。原因是含的镁质耐火材料在高温下增加了液相数量。
  (3) C3MS2对镁质耐火材料高温强度的影响与CMS相近,但除1500℃以外,其高温强度要比CMS稍高一些。
  (4) C2S为高固相,因而对镁质耐火材料的高温强度不会产生叫显的负影响。
  由以上分析可以得出,镁质耐火材料的高温强度与组成中硅酸盐相(由有效CaO/SiO2比值决定)的种类有关,在接近CMS(t=1492℃%)组成区域,CaO/SiO2=1时,高温强度最低,虽然直接结合比例随CMS含量的降低而提高,但高温强度提高的幅度却很少。
  归纳起来认为,有效CaO/SiO2是影响镁质耐火材料高温强度的关键参数。由于镁质耐火材料通常都属于MgO-CaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2五元系统。少量Al2O3和Fe2O3会使高CaO/SiO2比的镁质耐火材料高温强度曲线产生如下变化:
  (1) 高温强度最大值降低了。
  (2) 高温强度达到最大值所要求的适宜CaO/SiO2比值提高了。
  (3) 当CaO/SiO2比值达到适宜值以上时,高温强度降低的速度增加了。因为低熔相(C2A、C4AF或C2F、C4AF)充填在方镁石晶界内,不仅会导致材料的高温性能降低,而且还会成为熔渣入侵通道,降低抗渣性。
  杂质成分B2O3、Al2O3、Cr203和Fe2O3等R2O3型氧化物对镁质耐火材料的高温强度也有明显影响,其影响程度为B2O3:Al2O3:Cr203:Fe2O3=70:11:3:1。B2O3和Al2O3对镁质耐火材料高温强度降低作用大是因为其相对分子质量较小的缘故。而含2CaO·SiO2的镁质耐火材料内B2O3的有害效应主要在于:其浓度仅千分之几就能使硅酸盐相在相当低的温度下消失,只剩下方镁石和一种渗透能力很强的液体。而Fe2O3对镁质耐火材料高温强度下降较小则是因为在高温下,Fe2O3进入方镁石内形成固溶体,从而减少了在试验温度下Fe2O3的有效浓度。
  通过以上讨论,可以得出以下结论,三种主要杂质成分影响了镁质耐火材料的高温强度:
  (1) CaO/SiO2提高到2以上即有效CaO/SiO2=2.0,从而使硅酸盐相以=C2S存在,便可显著地改善镁质耐火材料的高温强度。
  (2) B2O3含量降低到0.05%以下(天然镁砂中B2O3含量通常低于这一数值),以便使B2O3对镁质耐火材料高温强度的危害降低到最低限度。
  (3) 不同SiO2含量达到最大高温强度值的CaO/SiO2不同,是由于有一部分CaO固溶于MgO中而使硅酸盐相的CaO/SiO2比值低于化学分析值的缘故。

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