抗蚀性与耐剥落性兼备的镁铬砖
发布日期： 2020-01-03 15:09:09 阅读量（392） 作者：刘梓明对于炉外精炼的操作来说，镁铬系耐火材料仍然是最耐侵蚀的耐火材料。但是，如图1所示，这类耐火材料的问题是抗侵蚀性和抗热震性很难统一，即传统的直接结合镁铬砖的抗侵蚀性高时，其抗热震性就低;反之，抗热震性高时，其抗侵蚀性却较低。
直接结合镁铬砖的性能见表1，直接结合镁铬砖Cr2O3含量与抗渣性的关系见图2，直接结合镁铬砖Cr2O3含量与临界温差的关系见图3，临界温差是将试样经受各种温差的热震试验后，其抗折强度为零时的温差值。对比这两幅图可以看出，随着Cr2O3含量增加，直接结合镁铬砖的抗侵蚀能力提高，但它的抗热震性能却下降了。
图1 普通砖和改良砖的侵蚀率和热震稳定性之间的关系
表1 直接结合镁铬砖的性能
图2 直接结合镁铬砖Cr2O3含量与抗渣性的关系
图3 直接结合镁铬砖Cr2O3含量与临界温差的关系
由于镁铬砖在不同的精炼装置上以及同一装置的不同部位的使用条件不同，其最佳的使用寿命也是不同的。因此，只有它们的临界温差=最大温度变化许可值，并凭经验选择与使用环境相适应的耐火材料，才能提高材料的使用寿命。
在直接结合镁铬砖中，MgO和铬矿是其主要的组分，但二者的特性却是不同的。因为铬矿的膨胀系数比MgO小，烧成后会在铬矿周围产生裂隙，它可阻止龟裂的扩展，即具有使裂纹在铬矿中中断等效果。为了提高直接结合MgO-Cr2O3砖的抗热震性能，有效的方法是增加铬矿的配入量。但是，这也有负作用，因为铬矿中不可避免地存在SiO2等杂质成分而会导致镁铬砖中的这些杂质成分增加，从而妨碍了为提高耐侵蚀性所采用的超高温烧成的技术措施的实施，结果则导致该类耐火材料的耐蚀性能下降。
为了使直接结合镁铬砖兼备耐蚀性和抗热震性，其途径有两种：
(1)控制配料粒度分布并减小临界颗粒尺寸;
(2)选用特殊添加剂。
为了获得抗热震性和耐蚀性兼备的直接结合镁铬砖，按表2的配料方法生产直接结合镁铬砖(见表3)，其抗热震稳定性和耐蚀性如图4、图5所示。现在把这类直接结合镁铬砖的特性概括如于：
表2 试验砖用泥料的化学成分和粒度组成，wt%
表3 试验砖的物理性能
图4 侵蚀率和粗颗粒量之间的关系
图5 加热-空冷次数与粗颗粒量之间的关系
(1)随着大于1mm颗粒尺寸的增加，其显气孔率也增加;
(2)大于1mm颗粒含量降致30wt%时，其抗折强度增大;
(3)随着大于1mm颗粒的含量降低，耐蚀性能上升，其中大于1mm颗粒的含量降低到5wt%~0wt%时，耐蚀性能比大于1mm颗粒的含量为34wt%时高约20%;
(4)大于1mm颗粒的含量为34wt%~5wt%的直接结合镁铬砖，在反复加热一空冷25次不剥落。
由显微结构的研究结果发现，大于1mm颗粒的含量在5wt%以下时，由于所使用的1mm以下的MgO颗粒，铬矿中的R2O3几乎扩散到MgO颗粒中心部位，所以在整个MgO颗粒中都有二次尖晶石生成，这是它们的抗侵蚀性好的重要原因。
通过显微结构的观察结果进一步表明，由于反复加热至冷却，而在含有数个直径约0.5mmMgO区域的周围产生了细微裂纹，并且，这些细微裂纹在大于1mm铬矿颗粒处被切断，如图6所示。因此，防止了较大裂纹的产生。也就是说，直接结合镁铬砖中存在少量的大于1mm颗粒时即可抑制裂纹的扩展。
鉴于上述讨论可以得出如下结论：
图6 热震稳定性试验后砖D的龟裂情况
在直接结合镁铬砖中，减少大于1mm颗粒含量以提高它的耐蚀性能的同时，控制这种颗粒的含量在8wt%~4wt%的范围之内，使之在加热至冷却过程中产生的网格状细小裂纹以达到抑制较大裂纹扩展的目的，从而提高了这类镁铬砖的抗热震性能。显然，这种直接结合镁铬砖具有耐蚀性和抗热震性兼备的特性。
在镁铬砖中添加特殊的加入物也可以获得耐蚀性和热震稳定性兼备的制品。
通过添加膨胀率低于镁铬砖的特殊物质而导致产生微裂纹以期提高抗热震性的问题。
因为在镁铬砖中添加这种特殊的添加剂，其效果主要是降低了基质部分的热膨胀率，由此而获得了颗粒和基质部分热膨胀率不一致(热配合不当)的镁铬砖。通过显微结构研究发现，在这种膨胀率相对较小的基质部分和热膨胀率相对较大的粗颗粒之间产生了裂隙。由于这种裂隙的形成，导致在粗颗粒附近的基质部分内产生了残余应力，从而提高了镁铬砖在形成断裂面所需要的能量值K2R/E。较高的K2R/E值有利于该材料抗热震性能的提高。
不过，添加多量的特殊添加剂的镁铬砖，由于在烧成后就已存在多量的裂纹，结果使抑制裂纹扩展的效果变小了。
当形成断裂面所需的能量随裂纹扩展量几乎呈线性地增加时，直接结合镁铬砖的热稳定性会最高。可由下式求出：
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