浸渍ZrOCl2溶液对镁质耐火材料­抗渣侵蚀性能的影响

　　　　­胡晶晶 颜正国 于景坤­

　　东北大学材料与冶金学院 沈阳110004

­摘要 通过ZrOCl2溶液的浸渍，向镁质耐火材料中引入了ZrO2。通过实验研究考察了浸渍后镁质耐火­材料的抗渣侵蚀性能，并结合SEM对其显微结构进行分析，研究了浸渍ZrOCl2溶液对耐火材料的抗渣侵蚀性­能的影响，探讨了作用机理。研究结果表明，浸渍ZrOCl2溶液可以提高镁质耐火材料的抗渣侵蚀性能。­

关键词 镁质耐火材料 抗渣性 浸渍 ZrOCl2溶液­

1 前言­

氧化镁抗渣渗透性和热震稳定性差，加入外加物­可以提高镁质耐火材料的性能[1-2]。在耐火材料中­引入ZrO2可以提高耐火材料的抗渣侵蚀性[3]。在镁­质材料中加入ZrO2，可提高其抗热震性和抗渣渗透­性。因此，在耐火材料中加入ZrO2是一种提高材料­性能的有效途径。

研究以浸渍ZrOCl2溶液的方法向镁质耐火材­料中引入ZrO2，研究了浸渍ZrOCl2溶液对镁质材料­的抗渣性能的影响，并对其机理进行了探讨。­

2 试验

­原料选用辽宁大石桥产镁砖和ZrOCl2·8H2O化­学纯试剂。首先将镁砖切割成尺寸大小为70mm×­70mm ×70mm的立方体，在其中心钻一Φ44mm× 44mm的孔。称取一定量的ZrOCl2·8H20化学纯试­剂，加去离子水配成ZrOCl2浓度为2.0mol/L的溶液。­将制好的坩埚试样放人盛有ZrOCl2溶液的容器内，­然后置于真空干燥箱内抽真空。一段时间后，取出浸­渍后的试样并放入干燥箱内，于120℃干燥24h。干­燥后的试样在600℃下保温3h进行热处理。然后再­重复浸渍和热处理一次。­

采用静态坩埚法进行渣侵试验，炉渣的主要化学­成分如表1所示。加入的渣量为509g加热温度为­1600℃，保温3h。对试验后的试样进行扫描电镜和能­谱分析。

3结果与讨论­

浸渍前后试样的显气孔率和体积密度变化如表­2所示。 ­由表2中的数据可知，浸渍ZrOCl2溶液后，试样­的显气孔率略有减小，表明浸渍ZrOCl2溶液，并经­600℃煅烧后，分解生成的ZrO2残留在镁砖的显气孔­内，使试样的显气孔率略有下降。

­将渣侵试验后的试样沿纵向剖开，其剖面如图1­(a)和图1(b)所示。图1(a)为未经浸渍处理的渣侵­试样的剖面，图1(b)为浸渍处理后的渣侵试样的剖­面。图1(8)中试样的颜色为深褐色，无明显侵蚀，渣­全部渗透进入耐火材料中，说明未浸渍试样的抗渣渗­透性较差。图1(b)试样的颜色比图1(a)的浅，呈灰­白色，过渡层清晰，表面有粘渣层，表明其抗渣渗透性­能提高了。

­图2(a)和2(b)分别为未浸渍和浸渍试样的扫­描电镜图。

由图可见，MgO颗粒被硅酸盐相所包围，但图2­(a)的硅酸盐相量要多于图2(b)，并且图2(a)中­MgO颗粒的粒径明显小于图2(b)中的，说明浸渍­ZrOCl2溶液后，炉渣对MgO颗粒的侵蚀量减小。根­据图2(a)中标记处的EDX结果，计算确定其C/S为0.861，图2(b)中标记处的C/S为0.844。

图3(a)示出了浸渍后试样距离渣面5mm处的­扫描电镜图，图3(b)示出了距离渣面l0mm处的扫­描电镜图。根据EDX结果计算可知，图3(a)中标记­处的C/S为0.832，比图2(b)中渣面处稍小，即此处­渣的粘度比渣面处稍大。图3(b)标记处的主要化学­成分为：CaO 9.35%，ZrO2 89.76%，MgO 0.89%，与­CaZr40。的组成相似，图中白色颗粒为Zr元素存在的­区域。由此可见，ZrO2与渣中的CaO反应生成了高­熔点相，从而减少了渣对镁质材料的溶损。­

由图2和图3可以看出，浸渍后的镁质试样在离­渣面<10mm区域基本无Zr元素，而在渣面10mm处­出现Zr元素，由此可以推断，浸渍后引入镁砖中的­ZrO2与渣反应，生成物随着渣逐步渗透到过渡层，所以­在离渣面较近的渗透层附近并没有发现Zr元素，同时­ZrO2与渣中的CaO形成立方固溶体，在试验条件下以­固相存在，由于ZrO2颗粒细小且数量少，随渣渗透过­程中聚集。由于渣中CaO的吸收，渣的碱度降低，又高­熔点固相的出现，增加了渣的粘度，阻止渣的进一步渗­透与溶损，提高了材料的抗渗透性和抗渣侵蚀性能。

­图4示出了渣侵后试样的x射线分析。由图4­可知，浸渍ZrOCl2溶液后的镁砖试样，渣侵后除了­MgO之外，还有CaZr4O9和c—ZrO2的衍射峰的存­在，可以认为此时的c—ZrO2是由于CaO的稳定作用­才在室温下存在;由ZrO2一CaO二元相图可知，若室­温下存在这两种相，则在渣侵温度1600℃下以立方固­溶体相存在[4]，即相变反应为：

­Cub ss→Mon ss+CaZr4O9

­从而证实了上述推断。

­4 结论­

(1)经真空浸渍ZrOCl2溶液处理后的镁质耐火­材料试样，渣侵后的MgO颗粒粒径远大于未浸渍试­样的MgO颗粒粒径。

­(2)ZrO2吸收渣中的CaO形成立方固溶体固相，­提高了炉渣的粘度，从而阻止了渣的进一步渗透。固­溶体在室温时立方固溶体以CaZr4O9和c—ZrO2存在。­

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】