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镁钙系耐火材料具备的6大特性

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镁钙系耐火材料具备的6大特性

发布日期:2020-07-30 编辑: 点击:


随着我国不锈钢、洁净钢等高品质钢种产能的快速增长,以及国产镁钙耐火材料在AOD炉等精炼设备上的大范围成功应用,我国镁钙耐火材料又进入了一个新的发展时期。镁钙耐火材料生产厂家数量不断增加,原有镁钙耐火材料生产厂家的规模不断扩大,镁钙耐火材料的品种不断丰富,新型镁钙耐火材料不断研制成功,特别是镁钙质不定形耐火材料,例如钢包喷补料,转炉喷补料,RH炉喷补料,自流热补料,中间包涂抹料,干式捣打料等,并很快投入规模化生产使用。镁钙系耐火材料所具备的特性,主要有以下6个方面:
1、耐火度高,稳定性好
氧化钙的熔点为2600℃,而氧化镁的熔点更高,达到了2800℃,比很多常用的氧化物耐火材料的熔点都要高。2、净化钢水
镁钙系耐火材料净化钢水的原理主要是:镁钙砖中的游离CaO具有很低的氧分压,在钢水中的溶解度极小,是一种可以有效避免钢水再次氧化的氧化物;游离的CaO能够吸附钢水中的[S]、[P]、[O]以及Al2O3、SiO2等非金属夹杂物,使钢水得到净化,同时,炉渣与MgO-CaO反应生成高耐火度的C2S,能够增大熔渣润湿角和粘度,进一步改善钢水脱硫效果。同时,反应形成的低熔物会上浮进入炉渣中,可以防止水口发生堵塞。日本学者在研究后指出,冶炼不锈钢时使用不烧镁钙砖效果较好。3、碱度高
由于MgO-CaO系耐火材料中的游离CaO会在精炼初期碱度低时优先与炉渣中的SiO2反应生成高耐火度(熔点2130℃)、高黏性的C2S,使熔渣润湿角增大,粘度提高,阻止了炉渣向耐火材料内部的进一步侵入,改善变质层变厚的不良状况。此外,镁钙砖抗高碱度渣(R>1.5)的能力优于抗低碱度渣,主要原因是高碱度渣粘度大,熔点高,含有较多高熔点矿物相(如方钙石CaO、2CaO·SiO2、3CaO·SiO2等),很难渗入砖中。低碱度渣粘度小,熔点低,含有一些低熔点硅酸盐相(如CaO·MgO·SiO2等),易侵入砖中。在炼钢过程中可进行高碱度炉渣条件下的冶炼操作,提高炉衬的寿命。
镁钙系耐火材料对高铁渣也有较强的抵抗能力,原因是在使用过程中,渣中铁离子会扩散到砖中,不仅不会降低镁钙耐火材料抗渣性,反而能够使耐火材料靠近渣带一侧,形成一种高温固相的直接结合,起到屏蔽作用,阻碍铁离子进一步扩散。

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在自身成分对于抗渣性的影响方面,黄波等人的研究表明,在镁钙材料中随着CaO含量的增加,其抗CaO-SiO2渣的能力增加,而抗CaO-Al2O3渣的能力降低。主要原因是CaO能够与SiO2在工作面生成大量高熔点的硅酸钙(C3S),这些C3S包围了氧化镁,形成桥状结构,这种高温相能够阻止熔渣的侵蚀;而CaO-Al2O3渣会使工作面生成较多低熔点的钙镁橄榄石(CMS)和钙铝黄长石(C2AS)。同时,w(CaO)≥50%的高钙MgO-CaO材料对酸性和碱性熔渣的抗渣性都比较强,而低钙镁钙砖对碱性渣的抗侵蚀性较强,但对酸性渣的渗透抵抗力较弱。4、耐剥落性
CaO具有良好的蠕变特性,高温韧性好且弹性较低,因此,在镁钙系耐火材料的实际使用中,应力缓和性好,抗热冲击性和耐热剥落性强。而且MgO-CaO结合比MgO-MgO结合的两面角大,有利于提高抗炉渣渗透性和抗炉渣侵蚀性。
5、资源丰富且成本低
我国有着非常丰富的天然白云石、石灰石储量,并且分布广泛,MgO-CaO耐火材料价格低廉,仅相当于MgO-C砖的1/3到1/2。从环境保护的角度讲,也不含对环境有害的铬。
6、CaO的易水化性
在现阶段,镁钙系耐火材料面临的最大问题就是CaO的易水化问题。CaO和MgO具有相同的晶型结构——NaCl型晶体结构,它们的结构常数分别为4.8(CaO)、4.20(MgO),二者的离子配位数均为6,阴离子和阳离子都形成面心配位结构,即一个晶胞内含有四个分子。但Mg2+体积较小,被完全包围在O2-中间,O2-之间是互相接触的;而Ca2+离子半径比Mg2+大,极化能力与O2-相比较弱,被O2-略微推出晶格。
CaO水化反应方程式如下:
CaO(s)+H2O(g)→Ca(OH)2(s)
ΔG0=-109.35+0.14TkJ (1)
MgO(s)+H2O(g)→Mg(OH)2(s)
ΔG0=-80.88+0.15TkJ (2)
如果CaO的水化反应按其与液态水反应有:
CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(s)
ΔG0=-70.00+0.05TkJ (3)
从(1)、(2)两式的比较中可以看出,相同温度下,CaO比MgO更易水化,因此决定镁钙系耐火材料水化的主要是CaO。比较(1)、(3)式中ΔG0相等时的温度(T)可得出,在T<120℃时,CaO在蒸汽中比在液态水中更容易水化,而T>120℃之后,理论上液态水较水蒸气更易使CaO水化,水化温度延伸到1150℃,但由于水在高温下饱和蒸气压较大,顾华志等学者研究后认为主要是470℃前的水蒸气促进了CaO水化。
水化动力学的研究表明,当CaO呈连续相分布时,其水化速率由化学反应速率控制,从而导致水化剧烈;而CaO呈弥散相分布时,其水化速率呈现出先由水化反应控制,再由扩散速率控制的特性,二者交替进行,从而使得水化过程平缓。因此CaO呈弥散相分布较其呈连续相分布的抗水化性能强。另外,少量的杂质能提高明仕ms58手机版的抗水化性能,这主要是因为杂质能与CaO反应,在CaO晶粒表面生成耐水化的矿物,如Ca3SiO5、Ca2Fe2O5等,这些矿物对CaO也起到了防水化保护膜的作用。
与多晶MgO水化相似,CaO在水化时结构单元瓦解,生成四个Ca(OH)2结构单元,其结构单元大小由CaO的4.80变成了Ca(OH)2的3.52,这四个结构单元所占的位置比CaO最初的单元大得多。CaO的这种水化作用不仅放出大量的热量,而且在方向上发生有害的体积膨胀,由计算得出CaO水化时体积增加96.5%,从而导致CaO耐火材料完全粉化而成粉末。

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