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普通镁砖的生产工艺流程及其性能分析

发布时间:2015-12-23 10:38 文章来自:http://www.zztynh.com/ 作者:admin
摘要
本文从原料、配方、成型、干燥、烧结的生产流程介绍了镁砖的生产工艺过程,叙述了各生产流程中应注意的问题及其影响。并对镁砖的性能缺陷及特点做了简要的评述。

1.引言
普通镁砖是一种氧化镁含量在90%以上、以方镁石为主晶相的碱性耐火材料。一般可分为烧结镁砖(又称烧成镁砖)和化学结合镁砖(又称不烧镁砖)两大类。纯度和烧成温度高的镁砖,由于方镁石晶粒直接接触,称为直接结合镁砖;用电熔镁砂为原料制成的砖称为电熔再结合镁砖。镁砖有较高的耐火度,很好的耐碱性渣性能,荷重软化开始温度高,但抗热震性能差。烧结镁砖以制砖镁砖为原料,经粉碎、配料、混练、成型后,在1550~1600℃的高温下烧成,高纯制品的烧成温度在1750℃以上。不浇镁砖是在镁砂中加入适当的化学结合剂,经混炼、成型、干燥而制成。主要用于炼钢碱性平炉、电炉炉底和炉墙,氧气转炉的永久衬,有色金属冶炼炉,高温隧道窑,煅烧镁砖和水泥回转窑内衬,加热炉的炉底和炉墙,玻璃窑蓄热室格子砖等。

2.原料要求
我国制造镁砖的主要原料是烧结镁石。对其主要要求为化学组成和烧结程度。烧结镁石的化学组成应为MgO>87%, CaO>3.5%, SiO2<5.0%,同时要求烧结良好。烧结程度一般是以密度衡量,要求其值大于3.53g/cm3 。镁石的外观是棕黄色或茶褐色,结晶密度,灼烧<0.3%,没有瘤状物,黑块越少越好。烧结镁石经过精选后,为了彻底剔除其中的轻烧成分以及游离石灰的杂质,可以采用消化方法,亦即将已焙烧过的的镁石,加入一定量的的水,在CaO风化后,可用筛子将石灰除掉。

3.原料颗粒组成
颗粒组成确定的原则应符合最密堆积原理有利于烧结。以某厂为例,临界颗粒3、2.5、2mm,颗粒组成:2.5~1毫米者占60~65%(其中2.5~2mm的占25~35%,2~1mm的占30~35%),<0.088mm的占35~40%或占30~35%。增大临界颗粒尺寸或增大颗粒的百分含量,可以提高热震定性,但烧结性能变差。增加细粉含量或改变下限由0.088mm降为0.066mm,或同时降低颗粒上限,则有利于荷重软化温度和烧结性能的提高,但热震稳定性可能降低。

4.配料
将不同颗粒组成的各种物料包括废砖、烧结剂及水分进行配料。在镁砖的制造中,除烧结镁石外,经常加入20%以下的废砖。以亚硫酸盐纸浆作结合剂(浓度1.2g/cm3)。此外,也可以加入氧化铁,锰矿,粘土的矿物质作为结合剂。氧化铁,锰矿,粘土等矿物质可以在镁石中添加低熔点溶液,以促进镁砖中镁橄榄石及尖晶石结晶生成。镁橄榄石及尖晶石在镁砖中的主要作用是增强镁砖的机械强度。其他杂质如SiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物,可以在镁方石结晶的周围组成若干固溶体而增加砖体组织的密度。制造镁砖时,为了减少溶液的量,也可以采用有机质作为结合剂。各种结合剂的优点如下:
(1) 氧化铁:它在还原焰中,与SiO2 化合成硅酸铁(FeO•SiO2)或温石棉(Mg,Fe)O•SiO2。这些化合物可以助长方镁石的生成,因此如在砖料内加入少量铁粉,经1500~1600°C烧成的砖坯,可产生很多的、被他们包围着的方镁石结晶。
(2) 氯化钠:氯化钠可使砖坯在低温段生成收缩现象。原因是它的
     融点在800°C以内,当温度超过800°C时,他已经升华而不存在了,这是她的缺点。但它的最大特点,是有利于方镁石的促进作用。
(3) 氧化钛:氧化镁易与氧化钛化合为尖晶石构造的正钛酸镁 
(2MgO•TiO2),对于镁砖的温度激变抵抗性能很高。同时又课减少  砖的气孔度,因而砖的吸水率也降低了。

5.混合
在轮碾机或混砂机中进行。轮碾机混合出来的泥料质量较好,因为他的转动和压力对泥浆具有碾揉压实、预先排气和预先密实的作用,使泥浆混合均匀。其缺点是对颗粒有再粉碎的作用,破坏原来的颗粒组成,而产量较低。混砂机的特点与之相反。混合时的加料顺序为:粗颗粒→纸浆废液→筒磨粉,全部混合时间不低于10分钟。

6.成型
因为烧结镁石是瘠性物料,且坯料水分含量少,一般不会出现因空气被压缩而产生的过压废品,因此可采用高压力的压砖机。成型砖坯都是经过两道作业工序(特殊型的例外),即先用200kg/cm3的低压力制成粗坯,再用800 kg/cm3以上的高压力再压一遍,这样不仅可以保持坯型整齐,对于砖坯的组成也会增加致密程度。标准型砖坯多用机型成型,常被采用的是水力压砖机,摩擦压砖机等。除非特别复杂的特殊性状砖坯,很少用人工成型的。人工成型与机械成型的最大差别是砖坯的气孔度不同。在机械成型很容易小到20%以下;担人工成型的砖坯,最小也要大于20%。成型压力的大小,不仅影响砖坯的气孔度,而且也相应的影响砖坯的荷重软化点和热冲击的抵抗性能。在800 kg/cm3以上压力所成型的砖坯可使砖料颗粒产生受压破碎,使方镁石颗粒产生移动位置,甚至将方镁石结晶分裂成更细的颗粒。颗粒小,有利于砖坯的上述物理性能。如果成型压力小,不可能产生这种现象。

7.干燥
坯体在干燥过程中,所发生的物理化学变化,包括水分的蒸发和镁石的水化两个过程。水分排除的初期阶段需要较高的温度,但是高温又会加速镁石的水化,使坯体开裂。特别是在干燥后期,由于热湿传导的影响大于湿传导的影响,所以过高的温度反而不利于水分的排除。在生产实践中,干燥介质的入口温度一般控制在100~200°C,废气出口温度一般控制在40~60°C(隧道干燥器中)。为了保证坯体干燥后具有一定强度,坯体干燥后保持有0.6%左右的水分。干燥过程中经常出现的废品是网状裂纹,其原因主要是由于成型后的坯体生成大量的水化物所致,但如果控制得当,一般不会出现废品,坯体干燥后应及时装窑烧成,以免吸潮粉化。
坯体干燥是防止水化最适当的办法,是加强通风装置和适当的调节空气温度。防止砖坯在干燥过程中扭曲变形,最好用金属干燥板,坯体要侧立放置在板上。干燥台车的移动方向应与坯体的最长边方向是一致的。车上放的砖坯之间应留有15cm的空隙。

8.烧成
(1) 烧成是镁砖制造过程中最主要的工序,镁砖的烧成可以在倒焰 
窑或隧道窑中进行,他们的荷重软化点较低。高温时,结合剂已失去作用,所以堆垛不宜太高,一般在0.8m左右。
(2) 烧结时镁砖虽然没有同质异形转化作用而引起的膨胀,但他也
有很多特殊的物理变化。当烧成温度在400~1200°C时,由于砖坯原有的水分蒸发,而破坏了氢氧化物的结合;而且液相在砖内尚未产生,因此保持砖型的完整仅依赖于颗粒间的摩擦力。这时候砖坯的机械强度仅有不到20kg/cm2,极易产生坯体破坏。避免坯体破坏最有效的方法是减慢升温速度。当温度已经达到能使砖内产生液相时,砖内应力会使砖坯产生可塑性变形,此时可以提高升温速度。当砖坯被强烈的火焰冲击时容易产生裂纹。所以可以改用弱性氧化焰烧成,这样使砖坯中低价氧化铁转变成高价氧化铁使之与MgO结合成铁酸镁(MgO•Fe2O3),以增强砖的结构。冷却时,在液相凝固前砖坯具有缓冲应力的作用,冷却速度可以提高。液相析出并凝固之后砖坯的塑形已经消失,为了避免开裂,冷却速度不宜太快,但800°C以下采用快冷是可能的。
(3) 烧成中各温度段物理化学变化及升温速度控制:在200~500°C
时主要是水分的排除和氢氧化物结构水的析出,升温速度可以加快。500~1200°C,结合剂的结合作用已被破坏,而液相尚未生成,砖坯主要靠颗粒间摩擦力来维持,升温速度不宜太快。1200~1400°C有固相反应,液相生成,制品开始烧结,但此时砖坯强度还是很低,故升温速度不宜太快。1400°C以上方镁石再结晶,可能产生塑性变形,此时强度很低,因此要避免火焰冲击,升温速度要缓慢。1500~1600°C时,制品最后烧结。
(4) 烧成镁砖的温度范围,不能机械的固定,主要取决于原料成分
和配料情况。下面以苏联萨特金地区产的砖料(MgO=45~47%;CaO=0.3~3.6%;SiO2=0.6~1.2%;Al2O3+Fe2O3=0.8~1.9%)为例,他们烧成采用的是蜂窝式煤气窑,升温速度控制如表1所示;
表1

9.缺陷
镁砖的缺陷是它的热冲击抵抗性能弱,因此如何改善镁砖的热震稳定性非常重要。镁砖的热传导性能是根据砖在使用时,温度上升不同而异。

10.性能特点
(1)  荷重软化温度:镁砖的荷重软化性能不如硅砖,尤其在1400°C
以上,即开始显著下降。在每平方公分负荷2公斤的重力下,其软化情况与硅砖、粘土砖比较如表2。
表2

(2)  加热摩擦抵抗性能:镁砖热摩擦性能比粘土砖、硅砖都要好些。
镁砖的最高数值是在温度900°C附近,超过900°C以上时,因低熔点杂质开始熔融而逐渐降低。
(3)  耐压强度:从表3可以看出镁砖耐压强度大大高于硅砖和粘土砖。
表3

(4)  导热性能:镁砖与其他耐火材料相反,它是温度越高,导热率越
低(表4).
表4

(5)  抗渣性能:由于镁砖在使用过程中不断接触钢渣,因而抗渣性很
重要。镁砖的抗渣性能很好,尤其是对于碱性渣具有比其他材料更好的使用性能。即使在50%(即100:50)的碱性钢渣中使用,其耐火度仍然在SK37.5~40之间。相比较,如果是硅砖,在20%的碱性钢渣中使用,其耐火度即由SK32降低到SK28.3。

11.应用
主要用于炼钢碱性平炉、电炉炉底和炉墙,氧气转炉的永久衬,有色金属冶炼炉,高温隧道窑,煅烧镁砖和水泥回转窑内衬,加热炉的炉底和炉墙,玻璃窑蓄热室格子砖等。

12.总结
镁砖因其性能较好,原料较丰富,越来越多的被研究和应用。随着科学技术的进步与发展镁砖也会得到越来越高的推广和应用。