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目前，鎂鉻磚在水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶上得到廣泛的使用，但生產(chǎn)過程中Cr??對(duì)人和環(huán)境存在著危害，因此水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶用耐火材料的無鉻化將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。水泥窯越來越復(fù)雜的窯況，要求耐火材料有更高的使用性能。如今，在水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶使用鎂白云石磚和鎂鋁尖晶石磚代替鎂鉻磚。鎂白云石磚對(duì)水泥熟料有著很好的化學(xué)相容性和極佳的掛窯皮性，但其抗熱震性能和抗水化性能差;鎂鋁尖晶石磚的抗熱震性和抗侵蝕性能良好，但MgO·Al?O?易與水泥熟料中C?S或C?A反應(yīng)形成低熔點(diǎn)礦物C1?A?，導(dǎo)致窯皮流失。

研究發(fā)現(xiàn)，方鎂石-鐵鋁尖晶石耐火材料由于其優(yōu)異的柔韌性和掛窯皮性能，已經(jīng)成為代替鎂鉻磚的材料。鐵鋁尖晶石的斷裂能是鎂鋁尖晶石的6倍，且能夠與水泥熟料生成C?F和C?AF，具有優(yōu)異的掛窯皮性能。在本工作中，主要研究了鎂鐵鋁尖晶石澆注料的掛窯皮性能。

試驗(yàn)

1.1原料

試驗(yàn)所用的原料為:高純鎂砂，粒度為5～3、3～1、≤1和≤0.074mm，其化學(xué)組成(w)為:MgO95.44%，CaO1.50%，SiO?1.56%，F(xiàn)e?O?0.93%，Al?O?0.31%;電熔鐵鋁尖晶石，粒度為3～1mm，化學(xué)組成(w)為:Al?O?50.59%，F(xiàn)e?O?44.91%，SiO?1.22%，MgO0.96%，CaO0.38%;w(SiO?)=94.87%的硅灰;結(jié)合劑六偏磷酸鈉。

1.2試驗(yàn)過程

試樣配比見表1。按表1稱取原料放入攪拌鍋中攪拌5min，然后倒入40mm×40mm×160mm的模具內(nèi)振動(dòng)成型。放入干燥箱220℃烘烤2h脫模后，對(duì)試樣進(jìn)行1550℃保溫3h燒成。

按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)燒后試樣的常溫抗折強(qiáng)度(GB/T3001-2007)、常溫耐壓強(qiáng)度(GB/T5072-2008)、體積密度和顯氣孔率(GB/T2997—2000)。按以下方法測(cè)試掛窯皮性:把燒后試樣切為40mm×40mm×80mm的2個(gè)樣塊，在其40mm×40mm表面涂上厚度約為2mm的水泥熟料漿體。然后把2塊試樣壓在一起，自然養(yǎng)護(hù)1d使其產(chǎn)生一定的強(qiáng)度后，再經(jīng)過1500℃保溫3h熱處理，隨爐冷卻后，通過SEM和EDS等判斷試樣的掛窯皮性能。

結(jié)果與討論

2.1 對(duì)常溫物理性能的影響

圖1示出了不同電熔鐵鋁尖晶石加入量的試樣在1550℃熱處理后的體積密度和顯氣孔率?？梢钥闯觯嚇拥捏w積密度先減小后增大，顯氣孔率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，二者最后趨于穩(wěn)定。由于鎂砂中發(fā)生Fe??的擴(kuò)散，產(chǎn)生二次尖晶石化，造成體積密度減小，顯氣孔率增大。但隨著電熔鐵鋁尖晶石添加量的增大，有部分Fe??離子固溶到晶間位置形成液相，填充了氣孔，使體積密度增大。

電熔鐵鋁尖晶石加入量對(duì)試樣熱處理后的常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度的影響。可以看出，隨著電熔鐵鋁尖晶石加入量的增加，試樣的常溫耐壓強(qiáng)度先增大后減小，在加入量為10%(w)時(shí)，試樣的耐壓強(qiáng)度最大。主要是因?yàn)榧尤腚娙坭F鋁尖晶石會(huì)產(chǎn)生微裂紋，適量的微裂紋會(huì)對(duì)試樣起到增韌的作用。而微裂紋對(duì)抗折是有害的，使試樣的抗折強(qiáng)度降低。

2.2對(duì)掛窯皮性能的影響

出了加入不同量電熔鐵鋁尖晶石的試樣經(jīng)1500℃掛窯皮試驗(yàn)后的SEM照片?？梢钥闯?，水泥熟料已經(jīng)侵入原磚結(jié)構(gòu)中。當(dāng)熟料中熔體量少時(shí)，熔體量不足以潤(rùn)濕耐火材料，導(dǎo)致掛窯皮性差;反之，耐火材料易掛窯皮并且致密。電熔鐵鋁尖晶石添加量為10%(w)的試樣S10被水泥熟料侵蝕的深度最大，說明水泥熟料在試樣上黏附性較強(qiáng)，該試樣的掛窯皮比較多。

掛窯皮試驗(yàn)后試樣S10的顯微結(jié)構(gòu)。由EDS能譜可知，圖中白色不規(guī)則形狀的物質(zhì)是由于氧化鐵在高溫下形成的液相與水泥熟料中的氧化鋁、氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成黏度高的鐵鋁酸四鈣滲入到方鎂石晶間，提高了試樣的結(jié)合強(qiáng)度，使窯皮在耐火材料上黏結(jié)牢固。

圖4(b)為FeAl?O?與MgO之間反應(yīng)帶的SEM圖片，圖中白色針狀物質(zhì)為FeAl?O?。由于Fe??擴(kuò)散到氧化鎂的基質(zhì)中，少數(shù)Mg??溶入電熔鐵鋁尖晶石晶粒中，與氧化鋁發(fā)生反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石。圖中標(biāo)注位置為電熔鐵鋁尖晶石與鎂砂之間反應(yīng)形成的致密反應(yīng)帶，反應(yīng)過程中的體積膨脹堵塞氣孔，提高了反應(yīng)燒結(jié)帶的致密度，進(jìn)而有效抑制水泥熟料的二次滲透，一定厚度的反應(yīng)燒結(jié)帶可以提高水泥熟料與耐火材料間的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)提高材料在高溫?zé)釠_擊下的抗剝落性，能夠提高澆注料的強(qiáng)度。

結(jié) 論

經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗?，電熔鐵鋁尖晶石中的Fe??和方鎂石中Mg??發(fā)生離子交換反應(yīng)，形成環(huán)狀的裂紋，這種環(huán)狀裂紋對(duì)鎂鋁鐵澆注料結(jié)構(gòu)的柔韌性有良好的促進(jìn)作用;同時(shí)Fe??向鎂砂中擴(kuò)散，提高了試樣的掛窯皮性能。電熔鐵鋁尖晶石加入量為10%(w)時(shí)，鎂鋁鐵澆注料的體積密度和常溫耐壓強(qiáng)度最大，掛窯皮性能也最優(yōu)。