第6章碱性耐火材料课件1课件

1、第六章第六章 碱性耐火材料碱性耐火材料 本章重点内容：本章重点内容：与主成分与主成分MgO或或CaO相关物系的相平衡分析相关物系的相平衡分析化学矿物组成对化学矿物组成对碱性耐火材料性能的影响碱性耐火材料性能的影响原料的种类及其烧成物理化学原料的种类及其烧成物理化学制品生产工艺要点、性能及主要应用制品生产工艺要点、性能及主要应用陶瓷结合，直接结合陶瓷结合，直接结合6.1 镁质耐火材料镁质耐火材料 (Magnesia refractories) 1860年开始用于转炉炉衬；年开始用于转炉炉衬； 1880年用镁砂作平炉炉底，奥地利开始大量生年用镁砂作平炉炉底，奥地利开始大量生 产镁砖；产镁砖； 18

2、95年美国、年美国、1900年俄国生产镁砖；年俄国生产镁砖； 解放后，我国开始生产镁砖。但发展较快，且解放后，我国开始生产镁砖。但发展较快，且 在上世纪在上世纪50年代开发了镁铝砖，年代开发了镁铝砖，70年代生产直年代生产直 接结合镁砖。接结合镁砖。 2000年后，镁资源保护办公室年后，镁资源保护办公室发展简史发展简史性能特点性能特点: 耐火度高耐火度高 抗渣侵蚀性好抗渣侵蚀性好主要应用主要应用: 转炉、电炉炉衬及永久层转炉、电炉炉衬及永久层 玻璃窑蓄热室玻璃窑蓄热室 6.1.1 与镁质耐火材料有关的物系与镁质耐火材料有关的物系 【 MgO ( FeO，R2O3，CaO，SiO2 )】矿物矿物

3、MMKMAMFC3SM2SC2SCMSC3MS2C2F熔点熔点2800240021301750不一致不一致1900分解分解189021301498不一致不一致15751435(一一) MgO-FeO系系 MgO能吸收大量能吸收大量FeO而不生成液相。而不生成液相。（二）（二）MgO-Fe2O3系系 MgO吸收大量吸收大量Fe2O3后耐火度后耐火度仍很高，抗含铁炉渣侵蚀性良好。仍很高，抗含铁炉渣侵蚀性良好。充当镁质材料的促烧剂或充当镁质材料的促烧剂或“火泥火泥”（三）（三）MgO-R2O3系系固化温度：固化温度： Fe2O3（1720） Al2O3（1995） Cr2O3（2350）方镁石中的固

4、溶度：方镁石中的固溶度： Fe2O3Cr2O3Al2O3冷却时尖晶石相脱溶在方镁石冷却时尖晶石相脱溶在方镁石 晶晶粒内部粒内部/边界边界晶内晶内/晶间晶间尖晶石尖晶石由于由于Fe2O3在在MgO中的溶解度比中的溶解度比 Al2O3 的大，故其对镁质材料的危害比的大，故其对镁质材料的危害比Al2O3 小。小。MF胶结方镁石的显微结构胶结方镁石的显微结构 （四）尖晶石（四）尖晶石-硅酸盐系硅酸盐系尖晶石质耐火材料的次要矿物最好是：尖晶石质耐火材料的次要矿物最好是：M2S、C2S； 尽量减少尽量减少CMS和和C3MS2。系系 统统固化温度，固化温度，系系 统统固化温度，固化温度，系系 统统固化温度，

5、固化温度，MA-M2S1720MK-M2S1860MF-M2S约约1690MA-CMS1410MK-CMS1490MF-CMS1410MA-C3MS21430MK-C3MS21490MF-C3MS2-MA-C2S1417MK-C2S约约1700MF-C2S1380尖晶石尖晶石-硅酸盐系统及其固化温度硅酸盐系统及其固化温度 CMS :钙镁橄榄石；钙镁橄榄石； C3MS2: 镁硅钙石镁硅钙石(镁蔷薇辉石镁蔷薇辉石) C2S（2130）和）和MA（2135） 为高耐火物相，但其共熔点为为高耐火物相，但其共熔点为 1418。 C2S-MK共熔点共熔点C2S-MA 随着尖晶石中随着尖晶石中Cr2O3/A

6、l2O3， 尖晶石相在硅酸盐熔液中溶解尖晶石相在硅酸盐熔液中溶解 度度液相量液相量MA-MK-C2S系系MK：镁铬尖晶石：镁铬尖晶石 当尖晶石中当尖晶石中Fe2O3被被Al2O3取代后，二元共熔温度取代后，二元共熔温度 提高不大提高不大（始熔温度）。（始熔温度）。 尖晶石在硅酸盐液相中的溶解度变化不大。尖晶石在硅酸盐液相中的溶解度变化不大。 MF-MK-C2S系与系与MA-MK-C2S系规律相同。系规律相同。-以以Cr2O3代替代替Al2O3或或Fe2O3，始熔温度，始熔温度-以以Al2O3代替代替Fe2O3 ，始熔温度提高不大，始熔温度提高不大 。 R2O3端元比例对二元混合尖晶石端元比例对

7、二元混合尖晶石-硅酸盐系统的始熔温度的影响硅酸盐系统的始熔温度的影响 尖晶石中尖晶石中R2O3在硅酸盐液相的溶解度（虚线）顺序：在硅酸盐液相的溶解度（虚线）顺序： Cr2O3Al2O3Fe2O3 尖晶石在镁方铁矿中的固溶度（实线）顺序：尖晶石在镁方铁矿中的固溶度（实线）顺序： Al2O3 Cr2O3 Fe2O3不同尖晶石向方镁石及液相中溶解的能力不同：不同尖晶石向方镁石及液相中溶解的能力不同：MK主要固溶于主要固溶于方镁石中，方镁石中，MA主要在硅酸盐中溶解，而主要在硅酸盐中溶解，而 MF同时存在这两种过同时存在这两种过程。程。对硅酸盐含量一定的材料，若要提高始熔温对硅酸盐含量一定的材料，若要

8、提高始熔温度，则要提高尖晶石中度，则要提高尖晶石中Cr2O3对对Al2O3或或Fe2O3的的比例。比例。对原料中不含对原料中不含R2O3的镁砂，不能将的镁砂，不能将Cr2O3加加入到含有入到含有C2S的镁砂中，否则会降低始熔温度的镁砂中，否则会降低始熔温度（MgO-C2S: 1800; KM-C2S: 1700 ）。但）。但当砖在使用过程中吸收氧化铁后，加入当砖在使用过程中吸收氧化铁后，加入Cr2O3是是有利的。有利的。（五）（五）MgO-尖晶石尖晶石-硅酸盐系硅酸盐系系系 统统固化温固化温度，度，系统系统固化温固化温度，度，系统系统固化温固化温度，度，MgO-MA-M2S1710MgO-MK

9、-M2S1850MgO-MF-M2S1410MgO-MA-CMS1410MgO-MK-CMS1490MgO-MF-CMSMgO-MA-C3MS21430MgO-MK- C3MS21490MgO-MF- C3MS2MgO-MA-C2S1415MgO-MK-C2S约约1700MgO-MF-C2S方镁石方镁石-尖晶石尖晶石-硅酸盐系统及其固化温度硅酸盐系统及其固化温度“方镁石方镁石-尖晶石尖晶石-硅酸盐硅酸盐”系统固化温度的变化规律系统固化温度的变化规律与与 “尖晶石尖晶石-硅酸盐硅酸盐”系统固化温度的基本一致。系统固化温度的基本一致。（六）（六）MgO-CaO-SiO2系统系统CaO-MgO-Si

10、O2系统固面图系统固面图CaOSiO2比是决定镁质耐火材料矿物组成和高温性能比是决定镁质耐火材料矿物组成和高温性能的关键因素。的关键因素。C/S分子比分子比00-1.01.01-1.51.51.5-2.02.0C/S质量比质量比00-0.930.930.93-1.41.41.4-1.871.87相相组组合合MgOM2SMgOM2SCMSMgOCMSMgOCMSC3MS2MgOC3MS2MgOC3MS2C2SMgOC2S固化固化温度温度,1860150214901490157515751890镁质耐火材料的镁质耐火材料的CaO/SiO2和相组合的关系和相组合的关系镁质耐火材料的化学组成及镁质耐火

11、材料的化学组成及CaO/SiO2决定着材料的决定着材料的 平衡矿物组成。平衡矿物组成。n(CaO)/n(SiO2)1.01.01.51.52.02.0相组合相组合(M,F)O(M,F)O(M,F)O(M,F)OM2SCMSC3MS2C2SCMSC3MS2C2SMAMAMAMA固化温度，固化温度，1380133613871417（七）（七）MgO-CaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2系统系统6.1.2 化学组成对镁质制品性能的影响化学组成对镁质制品性能的影响 （Effect of chemical composition on properties of magnesia refractor

12、ies)(一一) CaO和和SiO2及及C/S比的影响比的影响 低熔点结合相低熔点结合相，制品高温强度，制品高温强度 镁质材料的镁质材料的C/S比应控制在获得强度最大比应控制在获得强度最大值的最佳范围。值的最佳范围。SampleCalculated Phase Composition (wt.%)C/SC3MS2C2SCMSM2SMFMTMAMM11.492.691.41-0.411.0-0.5793.88M20.32-5.8211.231.120.416.0575.37M30.16-5.2424.301.180.7911.6286.87M40.07-3.4038.551.201.1517.1

13、738.00M50.067-4.6050.511.201.5522.7219.87烧成镁质制品的相组成烧成镁质制品的相组成P: Periclase； S: Spinel； F: Forsterite； T: Magnesioferite； L: Silicate phase 镁铁矿镁铁矿方镁石方镁石镁橄榄石镁橄榄石Effect of C/S ratio on the mechanical strength of the fired samplesC/S比比基质矿物组成基质矿物组成变形速度变形速度1 1CMS，C3MS2高速度高速度2 1C2S低速度低速度1 3M2S，CMS与与2 1变形速度大

14、约相同变形速度大约相同3 1C3S，C4AF低速度低速度C/S比对镁质制品蠕变的影响比对镁质制品蠕变的影响 Y2O3等稀土氧化物等稀土氧化物 WO3 ZrO2添加物的影响：添加物的影响：1,2,3: CaWO4 4,5: CaWO4+MgWO4+C3S(m)+CMS(m) 6: C2S添加少量添加少量ZrO2的高纯烧结镁砂的方镁石晶间析晶结构的高纯烧结镁砂的方镁石晶间析晶结构（2）Al2O3、Cr2O3和和Fe2O3R2O3添加物添加物添加物数量，添加物数量，%加入加入0.01%R2O3引起的引起的强度下降值强度下降值(平均平均) MPa加入加入1克分子克分子R2O3 引引起的强度下降比较起的

15、强度下降比较B2O30.01-0.0711.070Al2O30.0-0.51.211Cr2O30.0-0.50.23Fe2O30.0-1.50.071 （1）硼的氧化物（）硼的氧化物（B2O3） 强溶剂作用，镁质材料高温强度强溶剂作用，镁质材料高温强度（二）（二）R2O3型氧化物的影响型氧化物的影响 实验条件：含实验条件：含0.5%SiO2 和和 C/S2.75 镁砖镁砖 6.1.3 镁质耐火制品结合物及其组织结构特点镁质耐火制品结合物及其组织结构特点(Phase composition and microstructure of magnesiaproducts) (一一) 结合物结合物 (

16、Binder) （1）硅酸盐）硅酸盐矿矿 物物熔点或分熔点或分解温度解温度, 对镁质制品性能影响对镁质制品性能影响其它其它烧烧 结结荷重软化温度荷重软化温度耐压强度耐压强度M2S1890不利不利提高提高高高CMS1498分解分解促进促进降低降低 高高C3MS21575分解分解差差降低降低小小C2S2130很差很差提高提高晶型转变晶型转变,小小抗渣性好抗渣性好C3S1900分解分解很差很差提高提高 制品制品名称名称化学成分，化学成分，C/S(质量比质量比)荷重软化温度，荷重软化温度，MgOCaOSiO2普通普通镁砖镁砖92.91.193.160.381550镁硅砖镁硅砖87.81.508.00.

17、191640C2S结合结合镁砖镁砖84.467.743.42.281900C3S结合结合镁砖镁砖85.228.312.882.891840不同硅酸盐相结合的镁质制品的荷重软化温度不同硅酸盐相结合的镁质制品的荷重软化温度 FeO（MgFe）O无限固溶体，烧结无限固溶体，烧结，但，但MgO晶体晶体 塑性塑性，高温强度，高温强度 Fe2O3MF（MF+MgO ）有限固溶体，烧结）有限固溶体，烧结， 但塑性但塑性，抗热震，抗热震 C2F:（ C2F+MgO）有限固溶体，但熔点低，粘度小，）有限固溶体，但熔点低，粘度小， 润湿能力好，耐火性润湿能力好，耐火性。（2） 铁的氧化物和铁酸盐铁的氧化物和铁酸盐如果制品是在气氛性质经常波动的条件下使用，则其铁含如果制品是在气氛性质经常波动的条件下使用，则其铁含量应加以控制。量应加以控制。气氛气氛FeOFe2O3 热膨胀系数小，各相同性热膨胀