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普通鎂磚的生產工藝流程及其性能分析

發布時間:2015-12-23 10:38 文章來自:http://www.fnsubb.icu/ 作者:admin
摘要
本文從原料、配方、成型、干燥、燒結的生產流程介紹了鎂磚的生產工藝過程,敘述了各生產流程中應注意的問題及其影響。并對鎂磚的性能缺陷及特點做了簡要的評述。

1.引言
普通鎂磚是一種氧化鎂含量在90%以上、以方鎂石為主晶相的堿性耐火材料。一般可分為燒結鎂磚(又稱燒成鎂磚)和化學結合鎂磚(又稱不燒鎂磚)兩大類。純度和燒成溫度高的鎂磚,由于方鎂石晶粒直接接觸,稱為直接結合鎂磚;用電熔鎂砂為原料制成的磚稱為電熔再結合鎂磚。鎂磚有較高的耐火度,很好的耐堿性渣性能,荷重軟化開始溫度高,但抗熱震性能差。燒結鎂磚以制磚鎂磚為原料,經粉碎、配料、混練、成型后,在1550~1600℃的高溫下燒成,高純制品的燒成溫度在1750℃以上。不澆鎂磚是在鎂砂中加入適當的化學結合劑,經混煉、成型、干燥而制成。主要用于煉鋼堿性平爐、電爐爐底和爐墻,氧氣轉爐的永久襯,有色金屬冶煉爐,高溫隧道窯,煅燒鎂磚和水泥回轉窯內襯,加熱爐的爐底和爐墻,玻璃窯蓄熱室格子磚等。

2.原料要求
我國制造鎂磚的主要原料是燒結鎂石。對其主要要求為化學組成和燒結程度。燒結鎂石的化學組成應為MgO>87%, CaO>3.5%, SiO2<5.0%,同時要求燒結良好。燒結程度一般是以密度衡量,要求其值大于3.53g/cm3 。鎂石的外觀是棕黃色或茶褐色,結晶密度,灼燒<0.3%,沒有瘤狀物,黑塊越少越好。燒結鎂石經過精選后,為了徹底剔除其中的輕燒成分以及游離石灰的雜質,可以采用消化方法,亦即將已焙燒過的的鎂石,加入一定量的的水,在CaO風化后,可用篩子將石灰除掉。

3.原料顆粒組成
顆粒組成確定的原則應符合最密堆積原理有利于燒結。以某廠為例,臨界顆粒3、2.5、2mm,顆粒組成: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%。增大臨界顆粒尺寸或增大顆粒的百分含量,可以提高熱震定性,但燒結性能變差。增加細粉含量或改變下限由0.088mm降為0.066mm,或同時降低顆粒上限,則有利于荷重軟化溫度和燒結性能的提高,但熱震穩定性可能降低。

4.配料
將不同顆粒組成的各種物料包括廢磚、燒結劑及水分進行配料。在鎂磚的制造中,除燒結鎂石外,經常加入20%以下的廢磚。以亞硫酸鹽紙漿作結合劑(濃度1.2g/cm3)。此外,也可以加入氧化鐵,錳礦,粘土的礦物質作為結合劑。氧化鐵,錳礦,粘土等礦物質可以在鎂石中添加低熔點溶液,以促進鎂磚中鎂橄欖石及尖晶石結晶生成。鎂橄欖石及尖晶石在鎂磚中的主要作用是增強鎂磚的機械強度。其他雜質如SiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物,可以在鎂方石結晶的周圍組成若干固溶體而增加磚體組織的密度。制造鎂磚時,為了減少溶液的量,也可以采用有機質作為結合劑。各種結合劑的優點如下:
(1) 氧化鐵:它在還原焰中,與SiO2 化合成硅酸鐵(FeO•SiO2)或溫石棉(Mg,Fe)O•SiO2。這些化合物可以助長方鎂石的生成,因此如在磚料內加入少量鐵粉,經1500~1600°C燒成的磚坯,可產生很多的、被他們包圍著的方鎂石結晶。
(2) 氯化鈉:氯化鈉可使磚坯在低溫段生成收縮現象。原因是它的
     融點在800°C以內,當溫度超過800°C時,他已經升華而不存在了,這是她的缺點。但它的最大特點,是有利于方鎂石的促進作用。
(3) 氧化鈦:氧化鎂易與氧化鈦化合為尖晶石構造的正鈦酸鎂 
(2MgO•TiO2),對于鎂磚的溫度激變抵抗性能很高。同時又課減少  磚的氣孔度,因而磚的吸水率也降低了。

5.混合
在輪碾機或混砂機中進行。輪碾機混合出來的泥料質量較好,因為他的轉動和壓力對泥漿具有碾揉壓實、預先排氣和預先密實的作用,使泥漿混合均勻。其缺點是對顆粒有再粉碎的作用,破壞原來的顆粒組成,而產量較低?;焐皺C的特點與之相反?;旌蠒r的加料順序為:粗顆粒→紙漿廢液→筒磨粉,全部混合時間不低于10分鐘。

6.成型
因為燒結鎂石是瘠性物料,且坯料水分含量少,一般不會出現因空氣被壓縮而產生的過壓廢品,因此可采用高壓力的壓磚機。成型磚坯都是經過兩道作業工序(特殊型的例外),即先用200kg/cm3的低壓力制成粗坯,再用800 kg/cm3以上的高壓力再壓一遍,這樣不僅可以保持坯型整齊,對于磚坯的組成也會增加致密程度。標準型磚坯多用機型成型,常被采用的是水力壓磚機,摩擦壓磚機等。除非特別復雜的特殊性狀磚坯,很少用人工成型的。人工成型與機械成型的最大差別是磚坯的氣孔度不同。在機械成型很容易小到20%以下;擔人工成型的磚坯,最小也要大于20%。成型壓力的大小,不僅影響磚坯的氣孔度,而且也相應的影響磚坯的荷重軟化點和熱沖擊的抵抗性能。在800 kg/cm3以上壓力所成型的磚坯可使磚料顆粒產生受壓破碎,使方鎂石顆粒產生移動位置,甚至將方鎂石結晶分裂成更細的顆粒。顆粒小,有利于磚坯的上述物理性能。如果成型壓力小,不可能產生這種現象。

7.干燥
坯體在干燥過程中,所發生的物理化學變化,包括水分的蒸發和鎂石的水化兩個過程。水分排除的初期階段需要較高的溫度,但是高溫又會加速鎂石的水化,使坯體開裂。特別是在干燥后期,由于熱濕傳導的影響大于濕傳導的影響,所以過高的溫度反而不利于水分的排除。在生產實踐中,干燥介質的入口溫度一般控制在100~200°C,廢氣出口溫度一般控制在40~60°C(隧道干燥器中)。為了保證坯體干燥后具有一定強度,坯體干燥后保持有0.6%左右的水分。干燥過程中經常出現的廢品是網狀裂紋,其原因主要是由于成型后的坯體生成大量的水化物所致,但如果控制得當,一般不會出現廢品,坯體干燥后應及時裝窯燒成,以免吸潮粉化。
坯體干燥是防止水化最適當的辦法,是加強通風裝置和適當的調節空氣溫度。防止磚坯在干燥過程中扭曲變形,最好用金屬干燥板,坯體要側立放置在板上。干燥臺車的移動方向應與坯體的最長邊方向是一致的。車上放的磚坯之間應留有15cm的空隙。

8.燒成
(1) 燒成是鎂磚制造過程中最主要的工序,鎂磚的燒成可以在倒焰 
窯或隧道窯中進行,他們的荷重軟化點較低。高溫時,結合劑已失去作用,所以堆垛不宜太高,一般在0.8m左右。
(2) 燒結時鎂磚雖然沒有同質異形轉化作用而引起的膨脹,但他也
有很多特殊的物理變化。當燒成溫度在400~1200°C時,由于磚坯原有的水分蒸發,而破壞了氫氧化物的結合;而且液相在磚內尚未產生,因此保持磚型的完整僅依賴于顆粒間的摩擦力。這時候磚坯的機械強度僅有不到20kg/cm2,極易產生坯體破壞。避免坯體破壞最有效的方法是減慢升溫速度。當溫度已經達到能使磚內產生液相時,磚內應力會使磚坯產生可塑性變形,此時可以提高升溫速度。當磚坯被強烈的火焰沖擊時容易產生裂紋。所以可以改用弱性氧化焰燒成,這樣使磚坯中低價氧化鐵轉變成高價氧化鐵使之與MgO結合成鐵酸鎂(MgO•Fe2O3),以增強磚的結構。冷卻時,在液相凝固前磚坯具有緩沖應力的作用,冷卻速度可以提高。液相析出并凝固之后磚坯的塑形已經消失,為了避免開裂,冷卻速度不宜太快,但800°C以下采用快冷是可能的。
(3) 燒成中各溫度段物理化學變化及升溫速度控制:在200~500°C
時主要是水分的排除和氫氧化物結構水的析出,升溫速度可以加快。500~1200°C,結合劑的結合作用已被破壞,而液相尚未生成,磚坯主要靠顆粒間摩擦力來維持,升溫速度不宜太快。1200~1400°C有固相反應,液相生成,制品開始燒結,但此時磚坯強度還是很低,故升溫速度不宜太快。1400°C以上方鎂石再結晶,可能產生塑性變形,此時強度很低,因此要避免火焰沖擊,升溫速度要緩慢。1500~1600°C時,制品最后燒結。
(4) 燒成鎂磚的溫度范圍,不能機械的固定,主要取決于原料成分
和配料情況。下面以蘇聯薩特金地區產的磚料(MgO=45~47%;CaO=0.3~3.6%;SiO2=0.6~1.2%;Al2O3+Fe2O3=0.8~1.9%)為例,他們燒成采用的是蜂窩式煤氣窯,升溫速度控制如表1所示;
表1

9.缺陷
鎂磚的缺陷是它的熱沖擊抵抗性能弱,因此如何改善鎂磚的熱震穩定性非常重要。鎂磚的熱傳導性能是根據磚在使用時,溫度上升不同而異。

10.性能特點
(1)  荷重軟化溫度:鎂磚的荷重軟化性能不如硅磚,尤其在1400°C
以上,即開始顯著下降。在每平方公分負荷2公斤的重力下,其軟化情況與硅磚、粘土磚比較如表2。
表2

(2)  加熱摩擦抵抗性能:鎂磚熱摩擦性能比粘土磚、硅磚都要好些。
鎂磚的最高數值是在溫度900°C附近,超過900°C以上時,因低熔點雜質開始熔融而逐漸降低。
(3)  耐壓強度:從表3可以看出鎂磚耐壓強度大大高于硅磚和粘土磚。
表3

(4)  導熱性能:鎂磚與其他耐火材料相反,它是溫度越高,導熱率越
低(表4).
表4

(5)  抗渣性能:由于鎂磚在使用過程中不斷接觸鋼渣,因而抗渣性很
重要。鎂磚的抗渣性能很好,尤其是對于堿性渣具有比其他材料更好的使用性能。即使在50%(即100:50)的堿性鋼渣中使用,其耐火度仍然在SK37.5~40之間。相比較,如果是硅磚,在20%的堿性鋼渣中使用,其耐火度即由SK32降低到SK28.3。

11.應用
主要用于煉鋼堿性平爐、電爐爐底和爐墻,氧氣轉爐的永久襯,有色金屬冶煉爐,高溫隧道窯,煅燒鎂磚和水泥回轉窯內襯,加熱爐的爐底和爐墻,玻璃窯蓄熱室格子磚等。

12.總結
鎂磚因其性能較好,原料較豐富,越來越多的被研究和應用。隨著科學技術的進步與發展鎂磚也會得到越來越高的推廣和應用。
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