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氧化锆对镁质复相不烧砖各项性能的影响分析

2020-06-01

氧化锆对镁质复相不烧砖性能的影响,由耐火砖厂家搜集整理分享。

不烧镁基复相不烧砖具有生产成本低、不污染钢液、热导率低等优点,然而镁基复相不烧砖作为镁铝铬耐火材料系列制品之一,在使用过程中除了发生自身烧结收缩和热膨胀外,尖晶石化所导致的体积膨胀也严重影响镁基复相不烧砖的使用性能。

众所周知,不烧砖膨胀过大会导致砖体结构出现裂纹、炉衬断裂、剥落,甚至出现熔渣渗透等。氧化锆的马氏体相变是高温陶瓷行业广泛研究的重要课题,利用其马氏体相变中单斜晶型氧化锆转变成四方晶型氧化锆的体积收缩缓解由于尖晶石化所导致的体积过度膨胀。

1.氧化锆对镁基复相不烧砖热膨胀系数和热膨胀率的影响:

观察氧化锆对镁基复相不烧砖试样线膨胀率和线膨胀系数的影响图,可以看出,镁基复相不烧砖各试样在小于1100℃温度条件下线膨胀率区别不大,随着温度升高,各试样的线膨胀率逐渐增大。

温度为1100℃时,各试样的线膨胀率约为1.5%。温度在500~1100℃时,各试样的线膨胀系数在(10~14)10-6℃-1范围之内,随着温度升高,各试样的线膨胀系数逐渐增大。试验温度在约1100~1300℃时,各试样的线膨胀率和线膨胀系数出现较大变化。

分析认为镁基复相不烧砖基质中高纯镁砂细粉、氧化铝微粉和氧化铬微粉在约1100℃时开始发生固相反应形成镁铝尖晶石、镁铬尖晶石以及镁铝铬尖晶石是导致以上现象的主要原因。

镁基复相不烧砖中主晶相方镁石的线膨胀系数约14.6×10-6℃-1,原位反应形成尖晶石的过程中伴随的约8%~10%的体积膨胀导致了试样线膨胀系数的增大。随着试验温度的升高促进了原位尖晶石数量增多,当试验温度达到1300℃时,试样体积变化效应最强,而温度的继续升高和原位反应的逐渐结束使得试样的线膨胀系数逐渐减小。

随着镁基复相不烧砖中氧化锆加入量增加,试样在1100~1300℃时的线膨胀率逐渐减小,其中氧化锆加入量(质量分数)为6%和8%的试样的热膨胀率变化不大。可以看出,在约1300℃时各试样的线膨胀系数最高值随氧化锆加入量增加而减小。

分析认为氧化锆的晶型转变对镁基复相不烧砖的线膨胀性产生较大影响,单斜晶型的氧化锆在1170℃时转变为四方晶型的氧化锆,单斜晶型和四方晶型氧化锆的体积密度分别为5.68g/cm3和6.10g/cm3。

氧化锆晶型转变(m→t)温度(1170℃)恰好在1100~1300℃,镁基复相不烧砖中氧化锆晶型转变所形成的体积收缩可以部分抵消镁铝尖晶石、镁铬尖晶石和镁铝铬尖晶石原位反应所形成的体积膨胀作用。因此,随着镁基复相不烧砖中氧化锆加入量的增加,镁基复相不烧砖在高温固相反应过程中的线膨胀率和线膨胀系数呈降低趋势。

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