耐火制品的性能取决于其组成与结构,而组成与结构又由原料和制备工艺所决定。为此,将着重介绍镁铬耐火制品的常见种类与特征,原料和工艺条件对镁铬制品性能的影响。
3.1镁铬耐火制品的种类与特征
自1915年生产镁铬砖以来,镁铬砖的生产用原料和工艺在不断改进。镁铬耐火制品的品种也日益丰富,有硅酸盐结合镁铬砖、直接结合镁铬砖以及优质镁铬砖,如熔铸镁铬砖、电熔再结合镁铬砖、半再结合镁铬砖以及全合成镁铬砖等。现就常用镁铬砖的制备、特点和显微结构特征总结如下。
3.1.1硅酸盐结合镁铬砖
硅酸盐结合镁铬砖(Silicate Bonded Magnesia-chrome Brick)又称普通镁铬砖。这种砖是由杂质(主要是SiO2与CaO)含量较高的铬矿与镁砂制成的,烧成温度不高,在1550℃左右。其显微结构特点为:耐火物晶粒之间由熔点或软化点低的硅酸盐相结合在一起,故称之为硅酸盐结合镁铬砖。硅酸盐结合镁铬砖的典型显微结构照片如图3-1所示。
在图3-la中,灰色颗粒为镁砂,白色的中颗粒为铬矿。在图3-lb中,白色颗粒为铬矿,灰色浑圆状颗粒为镁砂,由于该硅酸盐结合镁铬砖烧成温度高,大于1580℃,因此,镁砂颗粒内包含有大量的尖晶石脱溶相。由图3-1可知:硅酸盐结合镁铬砖的基质中主晶相为粒状方镁石,镁砂和铬矿颗粒间或各自颗粒间则多以灰白色薄膜状硅酸盐(CMS)胶结相或为气孔所隔离,其次有少量的复合尖晶石(白色)填充于方镁石晶间,但直接结合程度很低。基质为较致密的网络状结构,气孔多为条状,少部分呈封闭趋势。由于硅酸盐结合的显微结构特征不利于普通镁铬耐火制品的高温力学性能和抗化学侵蚀性能,因此硅酸盐结合镁铬砖通常用于对性能要求不苛刻的部位。
3. 1.2直接结合镁铬砖
直接结合镁砖(Direct Bonded Magnesia-chrome Bripk)是在硅酸盐结合镁铬砖的基础上,尽可能降低原料中杂质(尤其是SiO2和CaO的含量)的含量,即采用杂质含量较低的铬精矿和较纯的镁砂为原料制备而成的镁铬砖。由于砖中的杂质含量低,故多采用高温烧成(烧成温度通常在1700℃以上)。由于采用了纯度较高的原料,因此砖中的硅酸盐结合相数量减少,杂质含量少,耐火物晶粒之间多呈直接接触,故称之为直接结合镁铬砖。直接结合镁铬砖的典型显微结构照片如图3-2所示。
从图3-2中可以明显看出,直接结合镁铬砖基质中的主晶相仍为粒状方镁石,其晶内亦包含有大量的尖晶石脱溶相(方镁石晶粒内的白色析出物)其次有少量的复合尖晶石(白色)和灰白色薄膜状硅酸盐相填充于方镁石晶间。主晶相方镁石主要通过方镁石-方镁石、方镁石-铬矿(复合尖晶石)结合在一起,即晶粒间以直接结合为主;另一部分则通过少量的硅酸盐相薄膜胶结在一起。直接结合的显微结构特点显著提高了该种镁铬砖的高温性能、抗侵蚀与抗冲刷,使其成为目前应用较普遍的一种镁铬砖。直接结合镁铬砖在有色冶炼炉、水泥窑等使用条件苛刻的部位均得到了广泛应用。