锆英石对镁钙质耐火材料性能的影响

李小明，杨军

­(西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055)­

    摘要：镁钙质耐火材料是一种强碱性耐火材料.对碱性炉渣和钢液具有良好的化学稳定性.且有利于钢液的脱磷，脱硫，以及钢液的净化，但由于CaO的易水化性镁钙质耐火材料使用受到了限制。实验选6种不同锆英石的加入量，采用两种不­同的烧结方案，时添加锆英石后的镁钙质耐火材料的性能进行了研究。结果表明，添加锆英石后的镁钙质耐把材料烧结性能­提高。显气孔率降低，体积密度增太，荷重软化温度提高，抗渣性增强。

­    关键词：锆英石，镁钙耐火材料;烧结;性能

    中图分类号：TFD65.1+2 文献标识码：A 文章编号：1000-8365(2007}04-0468-04)­

    镁钙质耐火材料的主要成分是高熔点的MgO(熔­点2 825℃)和CaO(熔点2 623℃)。由于其中的­CaO具有良好的蠕变特牲，困筒使得镁钙震耐火榜辩­的高温韧性好，耐剥落性能和耐冲击性能都非常优异。­并且其中的游离CaO对炉渣的适应性广，不仅可抵抗­高碱性渣的腐蚀，而且在炉渣碱度较低时能提高耐火­材料表面炉渣碱度，减轻炉渣的化学腐蚀[1]。同时还­能优先与炉渣申的SiO2反应.生成高熔点、高粘性的­硅酸二钙附着在炉衬表面形成炉渣保护层，抑制炉渣­向砖内渗透.防此炉衬氧化脱碳，减缓钢液和炉料对炉­衬的冲刷.有利于挂渣和喷补[2]。镁钙耐火材料中­的主体成分还具有较高的脱磷率和脱硫率，并能净化­钢液，因此镁钙质耐火材料在生产洁净钢和纯净钢方­面具有很大的优势[3-4]。然而，镁钙质耐火材料也有­一个致命豹弱点，即其中转游离CaO容易水化导致镁钙制品的膨胀、粉化[5-6]，这给生产带来很大的困­难。因此，需要采取有效措施来改进镁钙砖的烧结，提­高制品的抗水化性。氧化错具有良好的化学稳定性，­并兼有相变增韧的作用[7-9]，本文通过在镁钙质耐火­材料中加入锆英石以改变结合相，从而达到提高使用­性能的目的。­

    1实验方案­

    实验以某厂生产的烧结镁砂和电熔镁砂为主要原­料，外加添加剂，按一定的颗粒配料，以纸浆废液为结­合剂，预热混匀后，在300MPa的压力下制成Φ50mm×­50 mm的试样。为避免加入过多锆英石带入过量­的SiO2影响镁钙质耐火材料中CaO的性能，实验中­向每组试样中配加工业纯ZrO2(粉))2%。实验所用部­分原料及添加剂成分如表1所示。­

    实验中共配制试样6组，各组配比如表2所示。­烧结方法分两种，1~3号为一种。4~6号为一种，分别­对应图1中的烧结曲线1和烧结曲线2，烧结后，分­别对试样的线收缩率、气孔率、体积密度、常温耐压强度进行了测定，并在烧结过程中对试样的荷重软化温­度进行了测定。

    ­2实验结果分析

    2. 1锆英石对烧结性能的影响­

    图2是锆英石和线收缩率的关系。因为线收缩率­反映的就是烧结性能，所以添加剂和线收缩率的关系­就是其与烧结性能的关系。由图2可知，锆英石对镁­砖的烧结性能具有明显的促进作用，其主要原因是:加­人的锆英石带人的二氧化铬在高温下一定程度上固溶到MgQ的晶格中，造成MgO晶格中的镁离子空位，­并且由于铬离子和镁离子的半径不同，也使MgO的­晶格产生了一定的畸变，这些都有利于镁离子的扩散、­捉进MgO的烧结[10]。同时加人的锆英石也引入了­SiO2，使镁砂的C/S下降。并由MgCl-CaO- SiO2三元­相图[11]可知，试样出现液相的滥度下降，从而有利于­镁砖的烧结。­

    2.2格英石对气孔率、体积密度和杭渣性的影响­

    锆英石与显气孔率的关系如图3所示，与体积密­度的关系如图4所示。由图3和图4可以看出，1 ~3­组数据随铅英石含量的增加，显气孔率增加，体积密度­降低;4~6组数据随锆英石含量的增加，显气孔率和­体积密度也略有变化。但1~3组数据与4~6组数据­随铬英石含量的增加，显气孔率的绝对值和体积密度­的绝对值明显不同，这是由于1 ~3组数据中CaCO3­含量较高，而碳酸钙在烧结过程中会分解出大量的二­氧化碳气体，加之试样中有一定的液相存在，放出的二氧化碳气体不能及时排到试样外，必然有很大一部分­二氧化碳气体溶于液相中，进而在冷却降温过程中造­成气孔的产生，导致气孔率增大，体积密度降低。并且­1~3组数据中CaCO3含量逐渐增大的趋势较大，因­而显气孔率升高趋势和体积密度下降的趋势也高于4­~6组的相应值。

    2. 3锆英石对荷重软化温度的影响­
 
    耐火材料在高温下的荷重变形指标表示其对高温­和荷重同时作用的抵抗能力，也表示耐火材料呈现明­显塑性变形的软化温度，在一定程度上表明制品在其­使用情况下的结构强度。耐火材料高温荷重变形温度­的测定方法是固定试样承受的压力，不断地升温，厕定­试样在发生一定变形量和坍塌时的温度。这种方法的­优点在于能在较大的温度范围内把材料的结构性能表­现出来，因而可以对材料做出较全面的估计。本实验­依据YB/T370-1995进行，试样尺寸为Φ36 mm ×­50 mm，试样压力2 Kg/cm3，荷重软化温度(也称荷重­软化开始温度)为试样加热膨胀到最大点然后收缩到­原高度的0. 6%时对应的温度。图5是试样变形量与­温度的关系曲线，从中可以看出，试样荷重软化温度是­1 650℃，高于普通镁砖的荷重软化温度((1 550℃)。­这是因为加入的锆英石促进了耐火制品的烧结，改变了结合相。普通镁质耐火材料的C/S接近1，主要结­合相为低熔点的CMS(CaO·MgO·SiO2)，加人锆英­石后，一方面使C/S进一步降低，另一方面锆英石中­的ZrO2转移了CMS中的CaO，生成了高熔点的CaO· ZrO2(熔点2 345℃)，而CaO·ZrO2又固溶到­ZrO2(熔点2 690℃)中，因此试样的结合相主要为高­熔点的矿物M2S和ZrO2与CaO·ZrO2的固溶体，从­而使试样的荷重软化温度大幅度提高[10]。

 

    2. 4锆英石对常温耐压强度的影响­

试样的常温耐压强度总体上随着锆英石加人量­的增加而加强，如图6所示。但对两种不同的烧结­温度，其常温耐压强度相差较大，并且对某一种烧结­温度的不同试样来看，随着锆英石加入量的增大，试­样的强度呈降低的趋势。我们认为这是由于在锆英­石分解成的二氧化错和氧化镁晶粒之间有微小裂纹­存在，当有适当微小裂纹存在时，可能会缓解热应­力，提高材料的力学性能，但试样中随锆英石加人量­的增加，裂纹密度有增加的趋势，到一定程度就会转­变为破坏性裂纹，导致材料的常温耐压强度降低。­对于不同的烧结温度，常温耐压强度最大的最佳错­英石添加量亦不同。

    2. 5锆英石对抗渣性的影响­

    锆英石的引人不仅促进了试样的烧结，同时ZrO2­与原料中的CaO形成了高熔点的CaO·ZrO2，在渣的­侵蚀过程中还与渣中的氧化钙迅速形成ZrO2与CaO­·ZrO2的固溶体，避免了含CaO的低熔点矿物形成，­并伴有体积膨胀，加之ZrO2与液态渣之间的润湿角­较大，液态渣不易侵蚀制品，这些都阻碍熔渣向耐火材­料内部扩散，提高材料的抗渣性。­

    3结论­

    (1)随锆英石加人量的增加，显气孔率增加，体积­密度减少，但总体上变动幅度不大。如果试样中含有­较大量的CaO认，在烧结过程中有二氧化碳气体放出，对气孔率有一定的影响。­

    (2)锆英石的加人使试样的常温耐压强度得到了­很大的改善，但是锆英石加人过量，会导致耐压强度降­低。­

    (3)锆英石有助于提高试样的荷重软化温度。­

    (4)锆英石的加人使试样生成高熔点的物相，对­抗渣性应有很大的改善。­

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】