镁铝锆复合尖晶石耐火浇注料是由MgO-Spinel-Al2O3中加入氧化锆ZrO2,通过氧化锆添加对改善镁铝尖晶石耐火浇注料的使用性能。下文为科瑞耐火砖厂家搜集的,关于镁铝锆复合尖晶石耐火浇注料的原料配置、性能以及产品应用。
1.MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料原料配置:
MgO-Al2O3-CaO/SiO2(0.5和1)相关系图
如上图可知,当MgO、Spinel和Al2O3分别同CaO/SiO2=1.0和CaO/SiO2=0.5的熔体相遇时,在1600℃的温度下,MgO、Spinel和Al2O3吸收CaO/SiO2=1.0的熔体分别为23%、39%和53%,而吸收CaO/SiO2=0.5的熔体分别为34%、40%和46%。此后便进入异相(液一固相)平衡相区,也就是CaO/SiO2=0.5~1.0的熔体熔解MgO、Spinel和Al2O3能力按MgO<Spinel<Al2O3增大,说明了MgO、Spinel和Al2O3抵抗CaO/SiO2=0.5~1.0熔体的侵蚀能力则按MgO>Spinel>Al2O3增大。这也说明,就抗侵蚀性而论,作为氧化气氛熔融炉用MgO-Al2O3-ZrO2耐火浇注料中,MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料优于Spinel-ZrO2耐火浇注料,更优于Al2O3-Spinel-ZrO2耐火浇注料。
然而,抗熔渣渗透的能力却按Spinel>Al2O3>MgO的顺序递减。这说明,为了获得抗渣(抗侵蚀和抗渗透)性最佳的MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料,需要对配方中MgO和Spinel的相对含量进行仔细平衡。现在已由实验研究结果得出:MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料的抗侵蚀性随着Spinel含量的增加而提高,如图6-24所示。当Spinel含量达到35%~45%时,MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料的抗侵蚀性最好。
2.MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料的应用:
通过以上讨论可以得出如下结论:
(1)以镁砂和/或ZrO2作为骨料颗粒,并采用基质保护以避免骨料直接同熔融炉熔渣接触;
(2)选用Spinel细粉和MgO+Al2O3微粉为原料,期望通过原位Spinel形成时所伴随的体积膨胀获得致密组织,从而抑制熔渣渗透;
(3)配人少量ZrO2以熔于熔渣中,增加熔渣黏度。作为ZrO2源,认为t-ZrO2或u-ZrO2最理想。
按照这一思路设计的MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料对于废弃物熔融炉熔渣具有良好的抵抗性,因而耐用性高,使用周期长。
MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料耐蚀性会受到Spinel含量多少的影响,MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料耐蚀性随Spinel含量的增加而提高。当Spinel含量为35%。45%时,材料的耐蚀性最好。
如果MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料中既含有预合成Spinel又含有原位形成的Spinel,那么原位Spinel为6%~10%时,其耐蚀性最高,而抗熔渣渗透的性能则随原位Spinel含量的增加而提高(图6-27)。
下表为MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料与Al2O3-Cr2O3(镁铬尖晶石)耐火浇注料的对比研究结果,它表明MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料抗废弃物熔融炉熔渣侵蚀性能,能够达到甚至超过含Cr2O3为10%的传统Al2O3-Cr2O3耐火浇注料抗废弃物熔融炉熔渣侵蚀性能的水平。
传统Al2O3-Cr2O3质和改进料MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料性能指标表
浇注料材质 | 传统料Al2O3-Cr2O3质 | 改进料MgO-Spinel-ZrO2 | |
化学成分(质量分数)/% | ZrO2 | 5 | |
Al2O3 | 86.2 | 32 | |
Cr2O3 | 9.9 | ||
MgO | 61 | ||
显孔率/% | 110℃×24h | 8 | 16 |
1000℃×24h | 10 | 20 | |
1500℃×24h | 13 | 19 | |
永久线变化率/% | 1000℃×24h | ±0 | +0.4 |
1500℃×24h | +0.2 | +0.1 | |
常温耐压强度/MPa | 110℃×24h | 69 | 39 |
1000℃×24h | 78 | 25 | |
1500℃×24h | 147 | 34 | |
加水量(质量分数)/% | 4.5 | 5.7 | |
体积密度/g·cm-3 | 110℃×24h | 3.55 | 2.99 |
1000℃×24h | 3.45 | 2.91 | |
1500℃×24h | 3.45 | 2.85 | |
耐蚀指数(CAO/SiO2=1.0) | 100 | 129 | |
耐剥落性(JIS方法) | 7 | 9 |
这说明MgO-Spinel-ZrO2耐火浇注料能够与废弃物熔融炉的操作条件相适应。因为:
(1)MgO和ZrO2比Al2O3更难熔于CaO/SiO2≤1.0的熔渣中,使用MgO和ZrO2提高了抗侵蚀性能。
(2)并用预合成Spinel和原位Spinel使材料组织结构更致密而提高了抗熔渣的渗透性能。
(3)加入经过特殊处理的ZrO2(如t-ZrO2或u-ZrO2等)原料,控制了非正常体积膨胀同时也有利于提高熔渣黏度,从而提高了材料的适应性和抗侵蚀性能。