尖晶石质耐火材料的特性_生产与应用

的组成里形成尖晶石 、方镁石共存型尖晶石 。
1. 2 MgO·Al2O3 的特性 尖晶石既是镁铝尖晶石 ( MgO·Al2O3) 矿物的名 称 ,又是具有相同结晶结构矿物的总称 。表 1 列出了 尖晶石与其他氧化物的特征 。镁铝尖晶石具有良好
的性能 ,已被广泛用于耐火材料 、耐磨材料及精细陶 瓷等工业中 。
(上接第 6 页)
On Preventing and Controll ing the Serving Tray of Large Convrter from Def ormation during Wlding
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本溪冶金高等专科学校学报 第 5 卷
我国已能够采用高纯原料合成高档尖晶石及其 制品 ,性能亦可达到国外产品指标 ;但该方法成本高 , 因此限制了其制品在国内冶金企业中的使用与推广 。 鉴于我国有丰富的镁铝矿产资源 ,国内冶金工作者现 已成功开发出低成本的铝矾土基 —尖晶石质钢包浇 注料 ,经过部分钢铁厂家的使用 ,取得了较好的实用
On Characteristics , Production and Appl ication of Spinel Refractory
GON G Chang - wei ( Dept . Of Met all u rgy , Ben x i College of Met all u rgy , Ben x i , L iaoni n g , 117022 , Chi na)
尖晶石质耐火材料的特性 、生产与应用
宫长伟
(本溪冶金高等专科学校冶金工程系 ,辽宁 本溪 117022)
摘 要 :镁铝尖晶石质浇注料是一种新型耐火浇注料 ,近年来已受到国内外的高度重视 。本文介绍了镁铝尖晶石的特 性 、合成方法及尖晶石质耐火材料在国内的应用 。 关键词 :镁铝尖晶石 ;浇注料 ;矾土 ;线膨胀 中图分类号 : T G110 文献标识码 :A
表 2 一步法合成的尖晶石理化指标
产品
主要成分 , %
体积密 气孔率
编号 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO TiO2 度 g/ cm3
%
1 3. 33 52. 92 1. 89 0. 98 36. 85 2. 53 3. 20
6. 93
2 3. 48 45. 92 1. 83 1. 10 45. 54 2. 10 3. 22
Abstract :Magnesia - alumina spinel is a new type of castable ref ractory and has been paid attention bot h at home and abroad. This paper int roduces t he characteristics ,synt hetic met hods and domestic applications of spinel ref rac2 tory. Key words :Magnesia - alumina spinel ;Castable ;Bauxite ;Linear expansion.
第 5 卷 第 4 2003 年 12 月
期
J
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本溪冶金高等专科学校学报 B EN XI COLL EGE OF M
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Vol. 5 Dec.
No. 4 2003
文章编号 :1008 - 3723 (2003) 04 - 0009 - 03
0 前言
随着炉外精炼技术的发展和连铸比的提高 ,在钢 包内进行常压及真空条件下的炉外精炼导致包衬的 工作条件日益苛刻 ,现有的钢包用耐火材料难以满足 冶炼高质量钢水的需求 。自 80 年代以来 ,日本成功 开发应用了 Al2O3 —尖晶石质钢包浇注料 ,该浇注料 具有优异的抑制熔渣渗透和良好wk.baidu.com耐蚀损性能 。近 年来 ,我国冶金工作者在研制 、开发钢包浇注料方面 也做了大量的工作 ,并结合国内丰富的铝矾土 、镁砂 资源 ,成功开发出适合我国国情的新型钢包浇注料 , 如矾土基 —尖晶石 、刚玉 —尖晶石质钢包浇注料 。
1 MgAl2O4 的组成 、特性及合成
1. 1 MgAl2O4 的组成
图 1 Al2O3 - MgO 二元系相图
图 1 为 Al2O3 - MgO 系相图 ,尖晶石是体系中的 一个中间化合物 ,其同分熔点 2135 ℃。尖晶石理论 组成 (Al2O371. 7wt % ,MgO28. 3wt %) 的两侧有两个 低共 熔 体 , MgO 侧 的 低 共 熔 体 组 成 ( wt %) 为 MgO45 % ,Al2O355 %的熔点为 1995 ℃。Al2O3 侧的 低共熔体组成 ( wt %) 为 Al2O397 % , MgO3 %的熔点 为 1925 ℃。通常 ,根据尖晶石理论组成 ,仅在氧化铝 量多的组成里形成氧化铝固溶尖晶石 ;在氧化镁量多
5. 60
二步煅烧法工艺 :原料 →磨细混合 →成坯 (或成 球) →轻烧 →活性尖晶石粉 →破碎 →细磨 →成型 →死 烧 →熟料 。从理论上讲 ,采用固相烧结法合成尖晶 石 ,重复煅烧的次数越多 ,每次煅烧后的产物磨得越 细越均匀 ,因初生尖晶石可作为烧结合成尖晶石的核 心 ,效果会越好 ,实际生产中多采用二步煅烧法 。
电熔法合成尖晶石的原料一般为煅烧氧化铝和 高纯氧化镁 。将所选原料磨细 ,按要求配比在混练机 上加水混合均匀 ,经压力机压成荒坯 ,在电炉中熔化 , 熔融混合料冷却固化经破碎后制成产品 。我国采用 电熔法生产的高档尖晶石现已达到国外发达工业国 家水平 。电熔法可生产性能优良的尖晶石 ,但由于此 法大都采用高纯原料 ,且电耗大 ,因此成本较高 。
料 ,已先后在国内十几家钢厂的中 、小型钢包上投入 使用 。渣线部位 、侧壁及包底均使用该浇注料 ,多数 情况下包龄比原用水玻璃结合的铝镁浇注料或铝镁 碳砖提高了 100 %～ 300 %。该浇注料以特级铝矾 土 、矾土基尖晶石和烧结镁砂等为主要原料 ,采用超 细粉凝聚结合方式 。陶新霞等人〔4〕以矾土刚玉 、烧 结尖晶石 、纯铝酸钙水泥为主要原料 ,添加少量 SiO2 微粉和改性剂 ,也研制出高档铝 —尖晶石浇注料 。从 表 3 可以看出 ,该浇注料的某些理化指标已达到或超 过日本同类产品指标 。
效果 。该种浇注料应用具有一定的发展前景 ,由于受 浇注料开发工艺 、生产设备等因素的限制 ,目前我国 的钢铁企业仍多采用定型耐火材料 ;因此在立足于国 内资源 ,开发应用镁铝质浇注料方面 ,我们仍需做很 多工作 。
参考文献
〔1〕大石泉. 盛钢桶用铝 —尖晶石浇注料的使用结果〔P〕. 国外耐火材料 ,1991 (1) :23. 〔2〕江副正信. 尖晶石的特性及在耐火材料中的应用〔P〕. 国外耐火材料 ,1991 (10) :21. 〔3〕周宁生等. 矾土基高铝 —尖晶石质钢包浇注料的研制与应用〔P〕. 耐火材料 1996 ,30 (4) 207～211. 〔4〕陶新霞等. 钢包用铝 —尖晶石浇注料的研制〔P〕. 耐火材料 1994 (6) :12.
64. 44
54. 0
线变化率 ( %) 1500 ℃,3h
+ 0. 40
+ 0. 59
3 结语
© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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第 4 期 宫长伟. 尖晶石质耐火材料的特性 、生产与应用
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表 1 尖晶石与其他氧化物的特性
化学组成/
%
真比晶格常数莫氏 重 / ! 硬度
熔点或分 热膨胀系 导热系数 解温度/ ℃数/ ×10 - 6/ ℃/ W/ (m·k)
〗MgO·Al2O3 MgO28. 3
3. 58 8. 066 8. 0 2135
8. 0
6. 61
尖晶石 Al2O371. 7
MgO MgO100 3. 58 4. 20 6
方镁石 Al2O3 0
2850
13. 6
8. 70
Al2O3 MgO 0
a = 4. 75
3. 99
9
2050
8. 8
9. 86
刚玉 Al2O3100
c = 6. 49
收稿时间 :2003 - 06 - 21 作者简介 :宫长伟 (1966 - ) ,男 ,辽宁本溪人 ,本溪冶金高等专科学校冶金系讲师
镁铝尖晶石属等轴晶系 ,其膨胀系数小 ,是熔点 、 热膨胀 、硬度等都较优良的材料 。镁铝尖晶石抵抗碱
性熔渣的能力强 ,对铁氧化物的作用也较稳定 。在使 用过程中 ,镁铝尖晶石有选择地和钢水中的 FeO 反 应 : FeO + MgAl2O4 →MgO + FeAl2O4 ,铁尖晶石的熔 点为 1780 ℃,过量的 FeO 和 MgO 形成连续固溶体 。
表 3 尖晶石浇注料的理化指标对比
性 能
研 制 品 日本产品
化学组成 ( %) Al2O3 ( MgO) 体积密度 (g/ cm3) 1500 ℃,3h
90 (6) 2. 86
91 (6) 2. 93
抗折强度 (MPa) 1500 ℃,3h
16. 32
14. 70
耐压强度 (MPa) 1500 ℃,3h
MgO 与 Al2O3 按理论组成形成尖晶石时 ,产生约 8 % 的体积膨胀〔2〕,因而烧成时较难致密化 ,而与 MgO 或 Al2O3 产生共溶时 ,容易致密 ;固溶 MgO 或 Al2O3 的尖晶石由于矿物之间膨胀系数的差异 ,其热震稳定 性更好 ,因而工业上生产的尖晶石质浇注料多为富镁 或富铝尖晶石 。
2 尖晶石质耐火材料在国内的开发与 应用
近年来 ,我国冶金工作者对尖晶石质浇注料做了 大量的研究开发工作 ,并结合国内丰富的铝矾土 、菱 镁矿资源 ,开发出矾土基高铝 —尖晶石浇注料 ,通过 在国内部分厂家应用 ,取得了良好的使用效果 。
2. 1 刚玉 —尖晶石浇注料 目前国内开发使用的刚玉 —尖晶石浇注料通常 都采用高档原料 ,如刚玉以电熔或烧结法制备的颗粒 料配入 ;而尖晶石多以电熔或烧结的细粉形式引入 。 在这类高档浇注料中 ,基质中常引入一定量的纯铝酸 钙水泥 (5 %左右) 和活性氧化铝微粉 (10 %左右) ,因 此价格昂贵 。钢铁企业目前很少使用此类钢包浇注 料。 2. 2 矾土基高铝 —尖晶石浇注料 我国有丰富的铝矾土资源 ,从而为开发矾土基 — 尖晶石浇注料提供了物资基础 。此类浇注料多采用 矾土熟料 、烧结尖晶石做主要原料 ,采用超细粉结合 方式 。其浇注料的使用性能尽管稍逊于进口浇注料 , 但如考虑到其成本低 ,因此还是有较广阔的市场 。如 周宁生等〔3〕开发的矾土基 —高铝尖晶石质钢包浇注
1. 3 MgO·Al2O3 原料的合成 镁铝尖晶石现已被作为生产优质耐火浇注料的 重要矿物组成 ,但天然的尖晶石资源较少 ,不能满足 工业需求 ,工业上应用的尖晶石通常都是人工合成 的 。合成尖晶石的主要方法有 :固相烧结法 、电弧炉 熔制法 、共沉淀法 、干燥及冲洗法 、高温雾化法等 。其 中前两种方法较适合工业生产 。 烧结合成尖晶石是将所选用的氧化铝 、氧化镁原 料磨细 ,加入水或结合剂混合均匀 ,经成型 、干燥后 , 在回转窑或竖窑中经过 1750 ℃以上的高温强化烧 结 ,也有采用较低的温度 (1200～1300 ℃) 煅烧制备活 性尖晶石粉 。目前采用固相烧结法合成尖晶石的工 艺有一步煅烧法和二步煅烧法 。 一步煅烧法工艺 :原料 →磨细混合 →压型 →死烧 →熟 料 。采用此工艺合成尖晶石熟料的致密性较差 ,主要 是由于 MgO 和 Al2O3 反应生成尖晶石时产生体积膨 胀 。必须通过精选原料 、控制工艺 ,才能得到性能较 好的产品 。一步煅烧法合成尖晶石成本较低 ,表 2 为 一步法合成的尖晶石理化指标 。