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方镁石-尖晶石质耐火材料的优化

发布日期： 2019-06-27 10:12:30 阅读量（495）作者：

为了能够使方镁石-尖晶石质耐火材料更好地适应RH精炼装置的复杂环境，需要对它的性能进行优化。通常从以下两个方面对其性能进行改善以提高服役时间：促进试样的烧结致密化和微裂纹增韧。

1、促进烧结致密化

试样的致密化程度提高时，试样中的气孔减少，可以降低熔渣和钢水对内衬的渗透和侵蚀。Ritwik研究发现，添加1wt%的Cr2O3因为发生固溶反应的作用可以活化烧结，促进试样的烧结致密化。研究发现TiO2能与镁铝尖晶石发生固溶反应从而活化晶格，促进试样烧结，降低方镁石-尖晶石试样的烧结温度，且随着TiO2添加量增加，致密程度增加，当添加量为2wt%时最佳，在1500℃时即可得到致密度较好的试样。陈娜研究发现，复合添加TiO2和ZrO2可以促进方镁石尖晶石材料的烧结性能^晶粒的直接结合程度，同时可以提高材料抗侵蚀的能力。曹林洪用正交实验法研究了复合添加Al2O3、Fe2O3、CaO和TiO2对方镁石-尖晶石质试样性能的影响，发现TiO2可以促进试样烧结，有效改善试样的耐压性能。

2、微裂纹增韧

由于方镁石和尖晶石的高温热膨胀系数差异大，所以方镁石-尖晶石制品在烧结冷却中会产生大量微裂纹，同时处在方镁石晶粒间的镁铝尖晶石会对方镁石产生环向拉伸应力，二者共同作用可以抑制大裂纹的进一步扩展，使大裂纹分化或停止，避免应力集中，提高试样的热震稳定性能和高温强度。微裂纹的数量会随着试样中尖晶石含量的提高而增加，然而过多大裂纹的出现则会导致试样强度的急剧下降。如图1所示为方镁石-尖晶石制品中的裂纹结构，可以看到在方镁石晶粒中存在着贯穿整个晶粒的穿晶裂纹。

图1 方镁石-尖晶石试样中的微裂纹

ZrO2在高温烧结和冷却过程中的相变作用可以在方镁石-尖晶石试样内部产生增韧作用。樊余顺发现引入ZrO2可显著提高试样的中温强度和抗热震性，同时ZrO2会与渣中的CaO反应生成熔点和粘度都很高的CaZrO3,可以阻止渣的侵蚀和渗透，提高试样的抗侵蚀性能。杨道媛等人发现:加入ZrO2后，试样的显气孔率会随着加入量的提高而略有增大，体积密度反之;试样的中温耐压强度和常温强度随加入量的增加而显著提高，其原因在于引入ZrO2后产生了微裂纹，改善了试样的显微结构，强化了基质，进而试样的力学性能得到提高。Rasim等研究发现添加ZrO2、ZrSiO3或ZrO2-3mol%Y2O3可以促进试样内部微裂纹之间的扩展连接，降低方镁石的晶粒尺寸，减小微裂纹的尺寸，改变试样的断裂方式，改善试样的性能。