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鎂質(zhì)不定形耐火材料的功能、用途及應(yīng)用都有什么問題？？？
發(fā)布日期：2024-08-12 訪問量：115746區(qū)別于定型耐火材料，不定形耐火材料不需要預(yù)先成型和燒成，是一種將具有一定級配的耐火骨料和粉料與結(jié)合劑和外加劑混合制得的耐火材料。不定形耐火材料的綜合性能優(yōu)異，在生產(chǎn)上具有工藝簡單、周期短、能耗低等優(yōu)點；在應(yīng)用上能夠任意造型、效率高、能夠滿足復(fù)雜構(gòu)型的襯體施工和修補的要求。正是由于不定形耐火材料在生產(chǎn)及應(yīng)用上的特點，不僅符合了低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，而且也符合“綠色耐火材料”的發(fā)展理念，是“綠色化”發(fā)展的重要方向，因此在世界各國都得到了迅猛發(fā)展。
不定形耐火材料是世界耐材未來發(fā)展的重要趨勢，在工業(yè)先進(jìn)不定形耐火材料的生產(chǎn)和應(yīng)用比例越來越高，有的甚至已經(jīng)超過了定型耐火材料。目前歐美的不定形耐火材料已占耐火材料總產(chǎn)量的50%以上、日本更是達(dá)到63.7%，其中日本更大的新日鐵公司使用不定形耐火材料的比例已達(dá)74%以上，而我國的比例還不到30%，而且大多以中低檔產(chǎn)品為主。目前遼寧省每年約有100萬噸的產(chǎn)量，無論是數(shù)量上還是品種上都存在很大差距。
1、鎂質(zhì)不定形耐火材料功能及用途
鎂質(zhì)不定形耐火材料是指以MgO為主要成分的不定形耐火材料，包括MgO-Al2O3、MgO-尖晶石、MgO-ZrO2以及它們的含碳材料等，又稱為MgO基耐火材料，是更具代表性、使用最廣的優(yōu)質(zhì)堿性耐火材料，多年來已廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)。
根據(jù)施工方法的不同，鎂質(zhì)不定形耐火材料主要包括澆注料、修補料、雙遼噴補料、搗打料、噴涂料、可塑料、干式料等。其中，澆注料在加水?dāng)嚢韬蟮牧鲃有暂^好，既可澆注成襯體使用，又可制成預(yù)制塊使用，同時又具備施工容易、效率高、整體性好、節(jié)能以及與定形耐火制品性能相近等特點，成為發(fā)展最為快速的不定形耐火材料。目前我國耐火材料的總產(chǎn)量雖然很高，但都是以中低檔產(chǎn)品為主，優(yōu)質(zhì)高性能產(chǎn)品產(chǎn)量不足，特別是澆注料，無論是品種上，還是在數(shù)量上其發(fā)展空間都很大。
根據(jù)質(zhì)地的不同，鎂質(zhì)耐火澆注料主要有鎂質(zhì)、尖晶石質(zhì)、鎂硅質(zhì)和鎂碳質(zhì)等多種。其中鎂質(zhì)(方鎂石)是以鎂砂作為骨料，并加入細(xì)粉配制而成，具有有純度高、耐火性能高、燒后線變化率小、荷重軟化氣溫高、以及優(yōu)良的抗渣侵蝕性和不污染鋼水等優(yōu)點，受到人們的重視，廣泛應(yīng)用于鋼包、中間包等部位。
煉鋼中間包形狀和大小是由流出的鋼水位置和流股數(shù)量決定的，隨著冶煉技術(shù)的發(fā)展，中間包的容量在逐步增大，同時按澆注鋼種冶煉方式和是否需要烘烤等條件，中間包又分為以下幾種類型：一、高溫中間包，采用鎂磚內(nèi)襯需預(yù)熱至1500℃左右，是為某一特定的冶金過程所設(shè)置；二、熱中間包，采用燒成轉(zhuǎn)或不燒磚澆注料作內(nèi)襯，澆注前需預(yù)熱至800℃-1000℃，是最常見的中間包;三、冷中間包，內(nèi)襯采用絕熱板，在澆注前不需要預(yù)熱。
因此，在中間包上應(yīng)用的耐火材料應(yīng)具以下幾種性能：一、良好的抗熔渣和鋼水的侵蝕性，使用壽命長；二、抗熱震性好，在接觸鋼水時不炸裂；三、熱傳導(dǎo)率低和熱膨脹性小，能夠保證中間包襯的整體和保溫性；四、對鋼水污染小，能保證鋼水質(zhì)量；五、應(yīng)用在內(nèi)襯材料的形狀和結(jié)構(gòu)要能夠方便砌包和拆卸。
隨著鋼鐵冶煉新技術(shù)的應(yīng)用及潔凈鋼產(chǎn)量的增多，冶煉條件不斷強化，應(yīng)用在鋼包工作襯的耐火材料需要更高的抗渣性、抗?jié)B透性、抗剝落性。由于MgO-C磚和Al2O3-MgO-C磚鋼包襯存在嚴(yán)重的對鋼水污染問題，已經(jīng)難以滿足這種苛刻的冶煉條件。由于雙遼鎂質(zhì)耐火材料對鋼水的污染明顯低于高鋁質(zhì)耐火材料，因此發(fā)展和提高鎂質(zhì)澆注料的質(zhì)量性能已經(jīng)成為鋼包整體耐火材料應(yīng)用的迫切需要。
2、鎂質(zhì)不定形耐火材料應(yīng)用問題
氧化鎂具有高熔點和耐火度(2800℃)、以及高的抗堿性熔渣和熔融金屬的侵蝕性能的特點，因此能改善鋼鐵冶煉用預(yù)制襯的性能。但是，由于氧化鎂易與水反應(yīng)以及反應(yīng)所產(chǎn)生的體積膨脹，因此對于鎂質(zhì)耐火澆注料來說，在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)上漲、裂紋等現(xiàn)象，另外快速烘烤過程中產(chǎn)生的較大的熱應(yīng)力也會造成強烈的熱震損傷，甚至?xí)霈F(xiàn)爆裂現(xiàn)象。這些問題嚴(yán)重影響了鎂質(zhì)澆注料的高溫使用性能，從而限制了其在高溫領(lǐng)域的大規(guī)模使用。
氧化鎂水化機(jī)理：
鎂砂水化主要發(fā)生在澆注料混合和氧化階段(與水反應(yīng))、干燥階段(與水蒸氣反應(yīng))、以及儲存階段(與水氣反應(yīng))，具體反應(yīng)如下：
MgO+H2O→Mg(OH)2(1)
MgO+H2O+CO2→MgO+H2CO3-MgCO3(2)
其中反應(yīng)式(1)得到的是氫氧化鎂和水鎂石晶體，當(dāng)有澆注料中的自由水比較多時，水會與CO2生成碳酸(H2CO3)，而碳酸與氧化鎂發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鎂，即反應(yīng)式(2)。上述反應(yīng)在儲存階段和預(yù)制件部分均能發(fā)生，從而使產(chǎn)生的碳酸鎂存在于模板面上。對于兩種水化過程，體積膨脹均為2.5倍，同碳酸鎂優(yōu)先在氧化鎂表面上生成一樣，水鎂石通常與體積變化有關(guān)，并影響耐火材料的結(jié)構(gòu)和性能。
對于單晶氧化鎂而言，由于其單晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)與水接觸時，氧化鎂的立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成碳酸鎂的六方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)變化引起
的體積膨脹會產(chǎn)生帶狀微裂紋。前期水化為誘導(dǎo)期，這期間的水化速率主要取決于反應(yīng)表面，因此速率較低；中期水化逐漸向晶粒中心發(fā)展，同時體積膨脹產(chǎn)生的微裂紋也有助于水的擴(kuò)散，水化速率快速提高；后期水化隨著水鎂石層的生成，水的擴(kuò)散被控制，水化速率減慢并最終結(jié)束。
對于多晶氧化鎂而言，由于耐火材料所用鎂砂均為多晶結(jié)構(gòu)，故其水化過程是研究的重點。不同于單晶結(jié)構(gòu)，多晶氧化鎂具有幾種不同的結(jié)晶學(xué)定相顆粒，界面清晰，且晶界具有較高的自由能，與水易反應(yīng)。在水化過程中，晶界連接被水化產(chǎn)生的較大應(yīng)力所打斷，原始顆粒被分解成多個小顆粒，因此氣孔率、總表面積和水化速率顯著增大，硬度顯著下降。多晶氧化鎂水化的誘導(dǎo)期比單晶氧化鎂要短得多，這一過程累積成晶界總水化，經(jīng)過這一點后，其水化過程與單晶氧化鎂相同。
因此，對于鎂質(zhì)澆注料來說，如何提高其抗水化性能，促進(jìn)其在更多領(lǐng)域更好的發(fā)展是鎂質(zhì)材料行業(yè)的主要課題之一，對加快鎂質(zhì)材料行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。
