添加剂改善白云石耐火材料烧结性能的研究

建材世界　２０１１年第３２卷第３期　ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｃｎ．４２—１７８３．ＴＵ．２０１　１．０３．００５　添加剂改善白云石耐火材料烧结性能的研究　惠建秋　（中国建材国际工程集团有限公司，上海２０００６３）　摘　要：　研究Ｆｅ　Ｏ。、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２三种添加剂对白云石耐火材料烧结性能的影响。结果表明，当Ｆｅ２Ｏ。微粉掺加量　在Ｏ～１　范围内、ＺｒＯ２微粉的掺入量Ｏ～１．５％范围内、ＴｉＯ２微粉的掺入量Ｏ～２　范围内，随着微粉掺入量的增加，镁　钙砖试样的体积密度增加，显气孔率降低，３种添加剂均能明显的改善白云石耐火材料的烧结性能　关键词：　白云石耐火材料；　烧结性能；　添加荆　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｏｌｏｍｉｔｅ　Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ＨＵｌ　Ｊｉａｎ—ｑｉｕ　（Ｃｈｉｎａ　Ｔｒｉｕｍｐｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００６３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ：Ｆｅ２　０３，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２’Ｓ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｏｌｏｍｉｔｅ　ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ　ａｄｄｅｄ　０～ｌ％ｏｆ　Ｆｅ２０３　ｏｒ　０～１．５　ｏｆ　ＺｒＯ２　ｏｒ　０～２　ｏｆ　ＴｉＯ２，ｔｈｅ　ｂｕｌｋ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｇ—Ｃａ　ｂｒｉｃｋ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｒａｔｅ　ｗｅｒｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ｍｏｒｅ　ａｄ—　ｄｉｔｉｖｅｓ，ａｌｌ　ｔｈｅｓｅ　ｔｈｒｅｅ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ｃｏｕｌｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｏｌｏｍｉｔｅ　ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｏｌｏｍｉｔｅ　ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ；　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ；ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　优质的白云石系列耐火材料具有很强的抗碱性渣侵蚀的能力和较好的蠕变特性，广泛应用于水泥窑、转　炉、电炉炼钢、连铸中间包、精炼炉，特别是在冶炼洁净钢特殊钢方面起着重要作用，另外代替镁铬砖使用还　可以消除铬离子污染，在环境保护上也具有十分重要的意义［１　］。　虽然白云石系列耐火材料具有显著的优良特性，但在使用过程中由于ＣａＯ易与水反应，生成Ｃａ（ＯＨ）　，　在ＥＯＯ１］方向产生膨胀，使ＭｇＯ—ＣａＯ材料粉化，镁钙砖因此出现裂纹或开裂，使其在实际生产与应用过程中　受到一定的影响，因此，目前国内外有关白云石系列耐火材料的研究主要集中在提高其烧结性能从而改善其　抗水化性能方面［３］。　该文选取Ｆｅ　０。、ＺｒＯ　、ＴｉＯ　３种物质作为改善ＭｇＯ—ＣａＯ系耐火材料烧结性能的添加剂，探索各种添　加剂对白云石系列耐火材料烧结性能的影响。　１　白云石耐火材料的制备　试验中所用到的原材料主要有：工业级氧化镁，纯度≥９０％，粒度８Ｏ～１１０／ｚｍ；轻烧白云石，纯度≥　９Ｏ　，粒度８０～１１０　ｂａｎ；消化白云石，煅烧白云石在１　０００℃下水淬冷，烘干后制得；Ｆｅ　Ｏ。微粉，纯度＞　９９　，粒度粒度≤５　ｍ；ＺｒＯｚ，工业纯原料；ＴｉＯ。微粉，化学纯，纯度＞／９８％；液体石蜡，化学纯，纯度≥９８％；　收稿日期：２０１１一Ｏ５—２３．　作者简介：惠建秋（１９６３一），高级工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｉｊｉａｎｑｉｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ　１４　建材世界　２０１１年第３２卷第３期　聚乙烯醇（ＰＶＡ）：化学纯，纯度≥９８　；聚乙二醇：化学纯，纯度≥９８　；液体石蜡：化学纯，纯度≥９８％；聚乙　烯醇（ＰＶＡ）：化学纯，纯度≥９８　；无水乙醇：纯度≥９９．７　。　按照设计的白云石耐火砖配合比称量各粉料，各粉料与无水乙醇在球磨机中粉磨混３　ｈ后，干燥至恒　重。将干燥后的原料添加适量的粘结剂混合均匀后，压制成型，然后在１　６００℃的条件下烧结。　２结果与讨论　２．１　Ｆｅｚ　０３微粉掺量对镁钙砖性能的影响　图１为ＣａＯ—Ｆｅ　Ｏ。二元系统相图，从图　１中可以看出，随着烧结温度的升高，ｃａＯ系　材料中的ＣａＯ组分会与Ｆｅ　０。反应，生成一　系列的Ｃａ０一Ｆｅ　０。系化合物，其中２ＣａＯ・　ＦｅｚＯ。的熔点仅１　４３８℃，因此添加Ｆｅ　ｏ。微　粉可以有效地促进ＭｇＯ—ＣａＯ系耐火材料的　烧结［４］。Ｆｅ　Ｏ。微粉掺量对镁钙砖性能的影　响如表１所示。从表１中可以看，当Ｆｅ　０。　微粉掺加量在０～１　之间变化时，随着　Ｆｅ　Ｏ。微粉含量的增加，镁钙砖的体积密度　增加，显气孔率降低，掺人Ｆｅ。Ｏ。微粉明显地　促进了镁钙砖的烧结；当Ｆｅ　Ｏ。微粉掺加量　超过１　后，镁钙砖的体积密度降低，显气孔　率上升。这是因为当Ｆｅ　Ｏ。的掺量过高后，　液相总量增加，产生熔点较低的ＣａＯ・Ｆｅ。０。和ＣａＯ・２Ｆｅ　Ｏ。相，导致镁钙砖的整体性能下降。　表１　Ｆｅ：Ｏ，微粉掺量对镁钙砖性能的影响　２．２　ＺｒＯ：微粉掺量对镁钙砖性能的影响　图２为ＭｇＯ—ＣａＯ～ＺｒＯ。三元系统相图，从图中可以　看出，ＭｇＯ—ＣａＯ—ＺｒＯ　体系的最低共熔点温度Ｅ３与Ｅ分　别高达１　９６０　Ｃ与１　９９０℃，表明加入ｚｒＯ２后，ＭｇＯ—　ＣａＯ—ＺｒＯ　系材料的耐火性能较好，从图中也可以看出　ＣａＯ—ＺｒＯｚ二元体系中生成的ＣａＯ・ＺｒＯ　化合物熔点为　２　３４０　Ｃ［５３。ＺｒＯ　微粉掺量对镁钙砖性能的影响如表２　所示。　表２　ＺｒＯｚ微粉掺量对镁钙砖性能的影响　ＺｒＯ２微粉掺量０　０．５　１．０　１．５　２　从表２中可以看出，当ＺｒＯ２的加入量小于１．５　时，ＭｇＯ　２０　。　６０　８０　ＣａＯ　随着ＺｒＯｚ掺人量的增加，镁钙砖的体积密度增大、显气　图２　ＭｇＯ．Ｃａｏ．ｘ（ＣａＯ）ｚｒ０：／％三元系统相图　　孔率降低，掺入ＺｒＯ　明显地促进了镁钙砖的烧结；但当ＺｒＯ　掺人量超过１．５　时，随着其掺人量的增加，镁　钙砖的物理性能出现下降。这是因为当ＺｒＯ　掺入量过高后，其与ＣａＯ反应所生成的ＣａＺｒＯ。较多，阻碍了　颗粒间的直接接触，影响传质过程的进行，降低了耐火砖的烧结程度。　１５　建材世界　２０１１年第３２卷第３期　２．３　ＴｉＯ：微粉掺量对镁钙砖性能的影响　图３为ＣａＯ—ＴｉＯ　二元系统相图，从图中　表３　ＴｉＯ２微粉掺量对镁钙砖性能的影响　可以看出ＴｉＯ。与ＣａＯ反应生成的化合物为　ＣａＴｉＯ。，ＣａＴｉ０。熔点为１　９７０℃属于高熔点矿　物，因此当ＴｉＯ　的加入量较少时，对最终的镁　钙砖试样的高温性能影响较小ｌ＿６］。ＴｉＯ。微粉　掺量对镁钙砖性能的影响如表３所示。　图３　ＣａＯ－ＴｉＯ￣－兀系统相图　从表３中可以看出，ＴｉＯ：微粉的掺入量小于２　时，随着掺入量的增加镁钙砖试样的体积密度增加，显　气孔率降低，说明ＴｉＯ：微粉的掺入促进了镁钙砖的烧结；当ＴｉＯ。添加剂的掺人量超过２　时，随着掺人量的　增加镁钙砖的体积密度下降、显气孔率上升。这是因为ＴｉＯ　添加量过多时，ＴｉＯ　与ＣａＯ反应所生成的　ＣａＴｉＯ。增加，妨碍烧结相颗粒的直接接触，影响传质过程的进行，降低了耐火砖的烧结程度。　３　结　论　ａ．当Ｆｅ。ｏ。微粉掺加量在０～１　之间变化时，随着Ｆｅ　Ｏ。微粉含量的增加，镁钙砖的体积密度增加，显　气孑Ｌ率降低，掺人Ｆｅ　ｏ。明显地促进了镁钙砖的烧结；当Ｆｅ　Ｏ。微粉掺加量超过１　后，镁钙砖的体积密度降　低，显气孔率从上升。　ｂ．当ＺｒＯ　的加入量小于１．５％时，随着ＺｒＯ　掺入量的增加，镁钙砖的体积密度增大、显气孔率降低，掺　入ＺｒＯ。明显地促进了镁钙砖的烧结；但当ＺｒＯ　掺人量超过１．５　时，随着其掺人量的增加，镁钙砖的物理性　能出现下降。　ｃ．ＴｉＯ　微粉的掺入量小于２％时，随着掺入量的增加镁钙砖试样的体积密度增加，显气孔率降低，掺人　ＴｉＯ　明显地促进了镁钙砖的烧结；当ＴｉＯ：添加剂的掺人量超过２　时，随着掺入量的增加镁钙砖的体积密　度下降、显气孔率上升。　参考文献　［１］廖建国．水泥回转窑用无铬砖的演变．国外耐火材料，２００３，２８（５）：６－ｌＯ．　［２］新一代无铬镁白云石砖的使用经验．国外耐火材料，１９９８，９（６）：１２—１６．　［３］夏霞云．水泥窑用白云石砖损毁机理的研究．中国建材科技，１９９９（２）：９－１５．　［４］　饶东升．硅酸盐物理化学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８０．　［５］陈肇友．从相图讨论ＭｇＯ—ＣａＯ—ＺｒＯｚ耐火材料抗炉外精炼渣与水泥的侵蚀［Ｊ］．耐火材料，２００２，３６（２）：１０７—１１０．　［６］德国钢铁工程师协会［西德］．渣图集［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９７８．　１　６