MgO-ZrO2质耐火材料的制备及抗渣侵蚀机理研究

摘要

随着人们环保意识的逐渐增强，MgO-Cr2O3质耐火材料的使用日益受到限制，在耐火材料行业推行无铬化已成为必然的发展趋势。为此，本文针对MgO-ZrO2质耐火材料的制备和性能开展了较系统的研究。通过热力学分析和相平衡图，对MgO-ZrO2质耐火材料体系中各组分间的反应过程进行了分析，明确了不同条件下体系中的物相组成;以轻烧氧化镁和锆英石为原料合成了镁锆熟料，研究了电熔MgO-ZrO2熟料的显微结构及形成过程;考察了单斜ZrO2和脱硅ZrO2之比、电熔镁锆熟料添加量和骨料与基质之比对MgO-ZrO2质耐火材料性能的影响，研究了Y2O3添加量和CaO添加方式对MgO-ZrO2质耐火材料性能的影响，明确了MgO-ZrO2质耐火材料的制备工艺和性能;通过回转炉抗渣法，考察了MgO-ZrO2质耐火材料抗渣侵蚀能力，并探讨了其抗渣侵蚀机理。获得的主要研究结果如下。
　　(1)在MgO-ZrO2质耐火材料体系中，当材料中CaO/SiO2＜2时，MgO-ZrO2质耐火材料中无CaZrO3的生成，主要物相为MgO、ZrO2及其固溶体，结合相为镁橄榄石、钙镁橄榄石、镁蔷薇辉石和硅酸二钙等。当CaO/SiO2＞2时，CaZrO3才可于耐火材料中生成。
　　(2)以轻烧氧化镁和锆英石为原料所制备的电熔MgO-ZrO2熟料中，SiO2在结合相的低钙区域主要以2MgO·SiO2的形式存在，而在高钙区域，则以MgO-SiO2-CaO玻璃相存在。电熔过程中固溶于ZrO2中的部分MgO在降温过程中析出，并在其晶粒周围形成富镁的镁橄榄石。与MgO-Cr2O3质耐火材料相比，以电熔镁锆熟料为基质制备的MgO-ZrO2质耐火材料高温抗折强度较低，抗渣侵蚀性能较差。
　　(3)当单斜ZrO2和脱硅ZrO2的比例为8∶2，电熔镁锆熟料的添加量为24％时，所制备的MgO-ZrO2砖具有较高的高温抗折强度和较好的抗渣侵蚀性能。固定单斜ZrO2和脱硅ZrO2之比，改变电熔镁锆熟料的添加量时，随其添加量的增加，镁锆砖中的裂纹逐渐增多。当其添加量为12％时，MgO-ZrO2砖具有较好的抗渣侵蚀性能和抗渣渗透性能。
　　(4)改变骨料和基质的配比，提高骨料含量，MgO-ZrO2砖的常温耐压强度和高温抗折强度均升高，但砖中裂纹较多，对其抗渣侵蚀性能产生不利影响，适宜的骨料与基质的配比为1.63。
　　(5)当Y2O3的添加量为1％时，可有效降低MgO-ZrO2砖的显气孔率和透气度，提高其体积密度、常温耐压强度、高温抗折强度和抗渣侵蚀性能，但随着Y2O3添加量的进一步升高，MgO-ZrO2砖中将产生裂纹，降低其使用性能。
　　(6)以高钙镁钙粉的方式直接引入游离CaO作为添加剂时，虽可提高MgO-ZrO2砖的体积密度和常温耐压强度，但其高温抗折强度急剧下降。而通过采用二钙电熔镁砂替换普通电熔镁砂为原料，以间接的方式引入CaO作为添加剂时，不仅可提高其体积密度和常温耐压强度，还可提高其高温抗折强度、抗渣侵蚀和抗热震性能。
　　(7)通过优化工艺制备的MgO-ZrO2砖，其抗高碱度渣的侵蚀性能明显优于MgO-Cr2O3砖。熔渣和MgO-ZrO2砖接触后，首先在其表面形成一层致密的高熔点化合物，如硅酸二钙(C2S)、Mg(Al，Fe)2O4复杂尖晶石等;当熔渣继续渗入砖中时，熔渣中CaO与MgO-ZrO2砖基质中的ZrO2反应，又进一步形成了CaZrO3致密层。
　　(8)MgO-ZrO2砖的抗低碱度渣的侵蚀能力低于MgO-Cr2O3砖。在低碱度熔渣下，虽然在MgO-ZrO2砖表面也可形成致密层，但其组成主要为MgO-CaO-SiO2系低熔点化合物，在高温下极易熔入渣中;此外，由于熔渣碱度较低，镁锆砖内部亦不能形成CaZrO3致密层。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 镁铬质耐火材料的研究现状

1．2．1 镁铬砖的发展

1．2．2 镁铬砖的分类

1．2．3 镁铬砖的性能

1．2．4 镁铬质耐火材料的污染

1．3 MgO质耐火材料概述

1．3．1 MgO的性质

1．3．2 MgO-C耐火材料

1．3．3 MgO-Al2O3尖晶石质耐火材料

1．4 ZrO2质耐火材料概述

1．4．1 ZrO2的性质

1．4．2 含ZrO2耐火材料的研究现状

1．4．3 含ZrO2耐火材料中ZrO2的作用机制

1．5 MgO-ZrO2质耐火材料研究现状

1．5．1 镁锆合成原料

1．5．2 镁锆砖制品

1．5．3 镁锆浇注料制品

1．5．4 研究现状总结

1．6 本文的研究目的及主要研究内容

1．6．1 研究目的和意义

1．6．2 主要研究内容

第2章 MgO-ZrO2系耐火材料各组分间反应过程的热力学分析

2．1 引言

2．2 MgO-ZrO2二元系分析

2．2 MgO-ZrO2-SiO2三元系分析

2．4 MgO-ZrO2-CaO三元系分析

2．5 MgO-ZrO2-SiO2-CaO四元系分析

2．6 本章小结

第3章 电熔MgO-ZrO2熟料的合成及性能研究

3．1 引言

3．2 实验

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验过程

3．2．3 性能检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 电熔MgO-ZrO2原料的显微结构

3．3．2 电熔MgO-ZrO2原料显微结构的形成过程

3．3．3 电熔MgO-ZrO2原料的性能

3．4 小结

第4章 ZrO2加入方式对MgO-ZrO2砖性能的影响

4．1 引言

4．2 实验过程

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验过程

4．2．3 性能检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 单斜Zr02与脱硅ZrO2之比对MgO-ZrO2砖性能影响

4．3．2 电熔镁锆熟料对MgO-ZrO2砖性能影响

4．3．3 颗粒级配对MgO-ZrO2砖性能影响

4．4 本章小结

第5章 添加剂对MgO-ZrO2砖性能的影响

5．1 引言

5．2 实验过程

5．2．1 实验原料

5．2．2 实验过程

5．2．3 性能检测

5．3 结果与讨论

5．3．1 Y2O3对镁锆砖性能的影响

5．3．2 直接引入CaO对镁锆砖性能的影响

5．3．3 间接引入CaO对镁锆砖性能的影响

5．4 本章小结

第6章 MgO-ZrO2砖抗渣侵蚀机理研究

6．1 引言

6．2 实验

6．2．1 实验原料

6．2．2 实验过程

6．2．3 性能检测

6．3 结果与讨论

6．3．1 镁锆砖与镁铬砖的理化性能

6．3．2 镁锆砖与镁铬砖抗高碱度熔渣侵蚀性能

6．3．3 抗高碱度熔渣侵蚀机理分析

6．3．4 镁锆砖与镁铬砖抗低碱度熔渣侵蚀性能

6．3．5 抗低碱度熔渣侵蚀机理分析

6．4 本章小结

第7章 结论

参考文献

攻读博士学位期间发表论文

致谢

作者简介

论文包含图表公式及文献