在目前竞争激烈的耐火材料市场,降低生产成本是企业获利的主要措施,对于耐火材料用户来说,最重要的是使用具有最佳性价比的产品。斯洛伐克SLOVMAG公司开发出了一种新型产品—方镁石-镁橄榄石砖(牌号为SLIFORM),可替代镁尖晶石砖用于水泥窑内衬中。这种产品价格较低,具有较好的性价比。
与氧化铬和镁尖晶石制品相比,镁橄榄石的抗水泥熟料的化学侵蚀性最好。水泥熟料熔融物与方镁石镁橄榄石耐火材料接触后能生成熔点较高的高黏度硅酸盐化合物,如蒙脱石CaO·MgO·SiO2,镁蔷薇辉石3CaO·MgO·SiO2和硅酸二钙2CaO·SiO2。而且含有氧化铁和氧化铝的物质生成量减少。
试验使用同样质量的镁砂,一组试样使用橄榄石作为镁橄榄石的来源,另一组试样添加镁尖晶石和刚玉。试样在135 MPa的压力下成型,干燥然后在1 650 ℃的隧道窑内烧成。表1列出了烧成制品的化学组成和矿物组成及其物理性能。
表1 烧成后的镁橄榄石制品和镁尖晶石制品的性能特点
指标 |
方镁石-镁橄榄石制品 |
镁尖晶石制品 | |
化学组成(w)/% |
MgO |
85.0 |
84.5 |
CaO |
1.5 |
1.4 | |
SiO2 |
10.5 |
0.7 | |
Al2O3 |
0.3 |
11.5 | |
Fe2O3 |
2.7 |
1.2 | |
矿物组成(w)/% |
方镁石 |
75~79 |
78~80 |
镁尖晶石 |
- |
15~18 | |
镁橄榄石 |
16~21 |
- | |
蒙脱石 |
3~4 |
3~4 | |
镁铁尖晶石 |
1~2 |
1 | |
体积密度/(g·cm-3) |
2.86 |
2.94 | |
显气孔率/% |
17 |
16 | |
耐压强度/MPa |
45 |
43 |
两组试样的岩相分析表明在方镁石-镁橄榄石耐火材料中镁橄榄石薄膜将方镁石颗粒和基质中的细粉连接起来。镁橄榄石颗粒和基质细粉的结合也比较好,镁橄榄石颗粒与方镁石颗粒致密烧结。在基质细粉中颗粒的结合通过蒙脱石薄膜实现。方镁石-方镁石型的直接结合情况较少看到。
用坩埚法研究了两种试样的抗侵蚀性,分别采用三种侵蚀剂:KCl,K2SO4和Na2SO4按1:1比例配置的混合物,Na2CO3和K2CO3按1:1比例配置的混合物,试验条件:装满侵蚀剂的坩埚经1 400 ℃ 4 h处理。结果表明,使用KCl的方镁石-镁橄榄石试样被氯化物的渗透不明显,外观结构没有变化;使用K2SO4+Na2SO4熔剂的方镁石-镁橄榄石试样被碱性物的渗透最少,外观结构没有损坏;使用Na2CO3+K2CO3熔剂的方镁石-镁橄榄石试样外观结构业没有变化。
将研制的新型方镁石镁橄榄石制品在某水泥厂的回转窑上进行实炉试验。7个月后使用其他耐火厂生产的方镁石镁橄榄石制品的部位的窑皮过热,停窑维修时发现其残余厚度只有30 mm,而SLIFORM制品表面挂满了稳定的窑皮。继续使用1年后拆除所有内衬大修。发现SLIFORM残余厚度为100~120 mm,镁尖晶石制品的厚度为120~140 mm,SLIMA20制品的厚度为140~160 mm。
对用后试样的显微结构分析和岩相分析结果表明,试样热面没有高钾硅酸盐和窑皮。从外观看,耐火材料工作面在窑冷却或拆除内衬时需要敲打。在所研究的耐火材料中发现有氯化钾的贯通型渗透。而且,在可形成零气孔显微结构的试样热面上,盐浓度最高。试样表面上的白色附着物中也有氯化钾。没有发现耐火材料的主要相与氯化钾之间产生化学反应,在耐火材料的热端存在有镁橄榄石膜和颗粒以及方镁石晶粒。
在使用多种燃料的水泥回转窑高温带使用SLIFORM新型方镁石-镁橄榄石制品的工业试验结果表明这种制品没有与KCl发生化学反应。虽然与镁尖晶石制品相比SLIFOR制品蚀损窑高出30%,但是两种制品的性价比一样。 (编译自俄刊《新型耐火材料》2011,6)