耐火材料工艺学氧化镁-氧化钙系耐火材料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,特点：,氧化镁氧化钙系耐火材料属于碱性耐火材料，耐火度高，抗碱性渣和铁渣侵蚀的能力强，,CaO,不与钢水作用，可提高钢水的洁净度。,特点：氧化镁氧化钙系耐火材料属于碱性耐火材料，耐,1,一、与镁质耐火材料有关的物系,1,、,MgO,C,的氧化还原反应 氧化镁的熔点达,2800,，但在,1800,便产生,MgO,的升华现象。,第一节 镁质耐火材料,图,5-1,氧化镁和一氧化碳的生成自由能与温度和压力的关系,一、与镁质耐火材料有关的物系第一节 镁质耐火材,2,2,、,MgO,FeO,系 氧化镁与氧化亚铁形成连续固溶体，在,1200,即开始显著进行，,MgO,吸收大量的,FeO,而不生成液相。,图,5-2,MgO,FeO,系,2、MgO FeO系 氧化镁与氧化亚铁形成连续固溶体,3,3,、,MgO,Fe,2,O,3,系,该二元系中有一化合物铁酸镁（,MgOFe,2,O,3,），分解温度,1720,。铁酸镁在方镁石中的溶解度随温度的升高而增加。既使,MgO,吸收大量的,Fe,2,O,3,后耐火度仍很高。故镁质耐火材料对含铁炉渣有良好的抵抗力,。,图,5-3,MgO,Fe,2,O,3,系,3、MgO Fe2O3系 图5-3 MgO Fe,4,二、镁质耐火制品结合物及其组织结构特点,1,、结合物,（,1,）硅酸盐 以,C,3,S,为结合物时，荷重变形温度高，抗渣好，但烧结性差，易形成,CaO,和晶型转化的,C,2,S,；以,C,3,MS,2,、,CMS,为结合剂的制品荷重变形温度低，耐压强度小；以,C,2,S,为结合物烧结性差，荷重变形温度高，但,C,2,S,的晶型转化易造成制品开裂；以,C,2,S,或,M,2,S,为结合物的制品具有较高的荷重变形温度，对碱性或铁质渣的化学稳定性高，抗渣性高。,二、镁质耐火制品结合物及其组织结构特点,5,（,2,）铁的氧化物和铁酸盐,铁氧化物的氧化和还原都伴随较大的体积变化，在气氛性质经常波动的条件下使用，则其铁的含量不超过,10%,。,（2）铁的氧化物和铁酸盐铁氧化物的氧化和还原都伴随较大的体积,6,（,3,）尖晶石结合物,1,）,MA,与方镁石一样是等轴晶系，热膨胀性属各向同性，而且它的膨胀系数比普通镁砖小。这是镁铝砖热稳定性高的重要原因；,2,）以,MA,为结合物的 镁铝砖弹性模量（,0.12,0.2810,5,MPa,）较普通镁砖（,0.6,10,5,MPa,）,）小得多，这也是热震稳定性高的一个原因；,（3）尖晶石结合物,7,3,）,MF,在,MA,中的溶解度较在方镁石中的溶解度大得多，因此,MA,能从方镁石中转移,MF,从而消除了,MF,因温度波动引起的向方镁石中溶解或自其内部析出的作用，从而提高方镁石的塑性，消除对热震稳定性的不良影响；,4,）,MA,与,FeO,反应可生成含有氧化铁的尖晶石；,5,）尖晶石的熔点为,2135,，且与方镁石形成二元系的始熔温度较高（,1995,），因而以,MA,作结合物的制品的耐火度和荷重变形温度较高。,3）MF在MA中的溶解度较在方镁石中的溶解度大得多，因此MA,8,2,、组织结构特点,从微观结构看，耐火制品非均一物质，而是由不同化学成分及不同结构的矿物组成的。,一种是直接结合；,一种是液相包围颗粒；,一种是液相在颗粒间隙中。,2、组织结构特点,9,四、镁质原料,1,、镁石（即菱镁矿）,（,1,）镁石的化学矿物组成：镁石是一种几乎完全由,MgCO,3,组成的天然矿石。其理论组成：,MgO47.82%,，,CO,2,52.18%,。,（,2,）镁石在煅烧过程中的物理化学变化：,350,开始分解；,四、镁质原料,10,2,、海水镁砂：,海水镁砂的特点是海水用之不竭，其产品纯度高，,MgO,含量在,95,以上。,以一种能产生氢氧根的材料与海水中的镁盐反应,，,沉淀出,Mg(OH),2,。,2、海水镁砂：,11,第二节 白云石质耐火材料,以白云石作为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。按其化学矿物组成分为两类：,（,1,）含有游离石灰的白云石质耐火材料：矿物组成位于,MgOCaOC,3,SC,4,AFC,2,F(,或,C,3,A),系，组成中含有难于烧结的活性,CaO,，极易吸潮粉化，称不稳定或不抗水的白云石质耐火材料。,（,2,）不含游离石灰的白云石质耐火材料。矿物组成为,MgO,、,C,3,S,、,C,2,S,、,C,4,AF,、,C,2,F,X,(,或,C,3,A),。,CaO,全部呈结合态，不会水化粉散，称稳定性或抗水性白云石质耐火材料。,第二节 白云石质耐火材料以白云石作为主要原料生产的碱性耐,12,一、天然白云石原料和人工合成白云石,1,天然白云石的性质 白云石是碳酸钙和碳酸镁的复合盐，依,CaO,MgO,比值的不同，白云石原料可分为白云石,(,比值约为,1.39),、镁质白云石,(,比值小于,1.39),和钙质白云石,(,比值大于,1.39),三种。,一、天然白云石原料和人工合成白云石,13,2,白云石原料在煅烧过程中的物理化学变化,(1),白云石的加热分解。白云石在加热过程中分解，逸出,CO,2,。,2白云石原料在煅烧过程中的物理化学变化,14,二、碳的作用,采用焦油、沥青、蒽油等有机结合剂不但能防止水化，而且当其在砖中遇热裂解后，残存的碳还会大大改善砖的性能。,二、碳的作用,15,砖中的碳主要来自砖中有机结合剂或浸渍材料。其碳含量又与沥青的软化点和碳化温度有关，选用高软化点沥青较好。,砖中的碳主要来自砖中有机结合剂或浸渍材料。其碳含量又与沥青的,16,白云石的水化会给炉衬带来极为不利的影响：,1,、体积膨胀，破坏砖体结构；,2,、水化作用降低炉衬的含碳量；,3,、阻碍碳素的石墨化，碳素只能以无定形状态存在。,白云石的水化会给炉衬带来极为不利的影响：,17,1,、什么是镁质耐火材料？包括哪些制品？这类耐火材料有哪些特点？,2,、镁质耐火制品的化学组成对其性能有哪些影响？,3,、镁质耐火制品中的结合物有哪些？各有什么特点？,4,、镁质耐火材料的原料有哪些？,5,、简述镁质耐火制品的生产工艺要点？,6,、了解氧化镁,氧化钙系其它类型耐火材料所用的原料及生产工艺。,习 题,(,第,5,章,),1、什么是镁质耐火材料？包括哪些制品？这类耐火材料有,18,第六章 尖晶石耐火材料,定义：,尖晶石指的是相同结构的一类矿物，化学通式可表示为,AOR,2,O,3,(,或,AR,2,O,4,),，其中,A,代表二价元素离子，可以是,Mg,2+,、,Fe,2+,等；,R,为三价元素，可以是,Al,3+,，,Fe,3+,、,Cr,3+,等。它们大部分都以同晶型固溶体的形式存在。所有尖晶石借晶格膨胀形成固溶体。,分类：,尖晶石耐火材料按其所用的原料及其组成可分为：,铬砖、铬镁砖、镁铬砖、镁铝尖晶石,耐火材料。,第六章 尖晶石耐火材料,19,直接结合镁铬砖,砖中的方镁石,-,尖晶石和方镁石,-,方镁石的直接结合，在一定程度上取代了被,硅酸盐膜,包围铬矿颗粒和方镁石晶粒的典型结构。,1,、直接结合砖的显微结构,直接结合砖和传统砖的显微结构不同，这与烧成温度有关。在,1550,以下烧成的普通镁铬砖和铬镁砖，其铬矿颗粒被近似于镁橄榄石组成的硅酸盐所包围，而方镁石晶体，特别是构成砖基体的晶体也被硅酸盐膜包围。,直接结合镁铬砖,20,烧成到,1550,的镁铬砖的显微结构显示出铬矿颗粒和方镁石晶粒形成边界，出现了直接结合的雏形。,当加热温度升到,1700,以上时，围绕铬矿颗粒的方镁石镶边己成为显微结构的主要特征。,显微结构的新特征,是次生尖晶石,(,棱角状,),晶体的出现。在高的烧成温度下，出现方镁石与方镁石的直接结合，而硅酸盐却被限制在方镁石晶粒之间的孔隙里。,烧成温度是决定砖的直接结合程度的重要工艺因素。,烧成到1550的镁铬砖的显微结构显示出铬矿颗,21,二、镁铝尖晶石质耐火材料,镁铝尖晶石,(,也称尖晶石,),的化学式为,MgO,Al,2,O,3,，含,MgO 28.3,，,A1,2,O,3,71.7,，熔点,2135,。,二、镁铝尖晶石质耐火材料,22,镁铝尖晶石与镁铬砖相比，主要优点是对还原气氛、游离,CO,2,，游离,SO,2,SO,3,及游离,K,2,O,Na,2,O,的抗侵蚀性强，以及具有较好的热震稳定性与耐磨性。,尖晶石质耐火材料可分为三类：,(1),方镁石一尖晶石耐火材料，,Al,2,O,3,含量,30wt,；,(2),尖晶石一方镁石耐火材料，,Al,2,O,3,含量,30,68wt,；,(3),尖晶石耐火材料，,Al,2,O,3,含量,68,73wt,。,镁铝尖晶石与镁铬砖相比，主要优点是对还原气氛、游离C,23,第七章 含锆耐火材料,第一节 锆英石质耐火材料,定义,：锆英石质耐火材料是以天然锆英石砂,(ZrSiO,4,）为原料制得的耐火制品。,特性,：它属于酸性耐火材料，其抗渣性强，热膨胀率较小，热导率随温度升高而降低，荷重软化点高，耐磨强度大，热震稳定性好，已成为各种工业领域中的重要材料。,锆英石质耐火材料有以单一锆英石烧结制成的锆英石砖，还有以锆英石为主要原料，加入适当的烧结剂,(,耐火粘土,),制成的锆质砖；为了改善锆英石砖的性能，还有加入其它成分,(,如高铝矾土、电熔刚玉或氧化铬等,),的特殊锆英石砖。,第七章 含锆耐火材料,24,一、锆英石原料的性质,锆英石,(ZrSiO,4,),的理论组成为,ZrO,2,67.2,，,SiO,2,32.8,。经常含有,0.5,3.0,HfO,、,0,2,TiO,2,和微量稀土氧化物，因而带有微量的放射性。,锆英石属正方晶系，密度变动范围很广，由,3.9,4.9g,cm,3,。硬度,7,8,。颜色不一，有完全无色的，亦有淡黄、浅灰、淡黄绿、棕黄和淡红褐色。,一、锆英石原料的性质,25,折光率为,Ng=1.972,，,Ne=1.968,1,.,2016,。热导率较低，在,100,时为,6.7,，,400,时为,5.0,，,1000,时为,4.2W,m,，热膨胀系数与其它结晶相比,(,莫来石,5.410,-6,，,Cr,2,O,3,1210,-6,),较低，在,1100,时为,4.6,10,-6,。,锆英石是化学惰性的，除,HF,外，碱和酸的溶液在加热时不与锆英石作用。一些熔融金属也,不与其发生作用，而玻璃和炉渣在较,小,程度上与之发生反应，熔融的碱的氟化物，氢氧化物、碳酸盐和亚硫酸盐将锆英石分解,。,折光率为Ng=1.972，Ne=1.9681.2016。热,26,锆英石是,ZrO,2,SiO,2,二元系中唯一的化合物,(,图,7-1),。它在,1676,分解并在,1687,异成分熔化，纯,ZrSiO,4,耐火度在,2000,以上，随杂质含量增加，耐火度亦相应降低。,锆英石是ZrO2SiO2二元系中唯一的化合物(图7,27,第二节 氧化锆制品,一、原料的制取和稳定,氧化锆在地壳中的含量约占,0.026,，分布极为分散。在自然界中主要有两种含锆矿石。,斜锆石：其中含,ZrO,2,80,90,，最高含量可达,90,99,，极为稀少。,锆英石,：,ZrO,2,在,67,左右，主要杂质是,SiO,2,。,氧化锆就是从含锆矿石中提炼出来的，工业常用锆英石,(ZrO,2,SiO,2,),精矿提取二氧化锆，,ZrO,2,粉呈白色或略带黄、灰色。,二氧化锆的晶型有三种：单斜型，四方型，立方型。,第二节 氧化锆制品,28,29,由于二氧化锆单斜型与四方型之间的可逆转变伴有体积效应。造成耐火材料烧成时容易开裂，因此单用纯氧化锆很难制造出烧结而又不开裂的制品。在氧化锆中加入适量的稳定剂。如,CaO,、,MgO,、,Y,2,O,3,、,Nb,2,O,3,、,CeO,2,等阳离子半径与,Zr,4+,离子半径相差,12%,以内的氧化物，经高温处理就可以得到从室温直至,2000,以下都稳定的氧化锆固溶体。,广泛采用的稳定剂有,CaO,、