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鎂鉻質(zhì)耐火材料是一種以鎂砂為主，以鉻鐵礦為輔的耐火材料，依據(jù)工藝和原料的不同，鎂鉻質(zhì)耐火材料在冷卻過程中形成不同程序的二次復(fù)合法晶石以及方鎂石-二次尖晶石復(fù)合相等，形成了鎂砂包裹鉻礦的結(jié)構(gòu)。鎂鉻質(zhì)耐火材料在目前使用狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的含鉻化合物，但是由于鎂鉻質(zhì)耐火材料在高溫下具有高強(qiáng)度、良好的體積穩(wěn)定性和抗渣侵蝕能力，在煉銅工業(yè)中仍有較為廣泛的應(yīng)用。
煉銅工業(yè)中常用的鎂鉻質(zhì)耐火材料有：普通硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚、直接結(jié)合鎂鉻磚、再結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合鎂鉻磚、共燒結(jié)鎂鉻磚、熔鑄鎂鉻磚等。
鎂鉻質(zhì)耐火材料的一般破壞機(jī)理
煉鋼工業(yè)窯爐也屬于高溫窯爐冶煉的有色金屬，所以鎂鉻質(zhì)耐火材料的破壞機(jī)理也遵循高溫窯爐用鎂鉻磚的一般破壞機(jī)理，其大致又分為四個(gè)方面：
(1)材料組分與熔渣反應(yīng)引起化學(xué)熔蝕。高溫下熔渣中的FeO和鎂鉻磚內(nèi)的MgO形成固溶體，SiO2則部分熔蝕MgO生成M2S填充在晶界之間，而且FeO和SiO2一起與磚中的氧化鎂作用生成MFS，產(chǎn)生的低熔物溶入爐渣使組分流失。
(2)熔體的滲透導(dǎo)致材料產(chǎn)生裂紋和結(jié)構(gòu)剝落。煉鋼爐內(nèi)熔體黏度低，滲入能力強(qiáng)，可通過毛細(xì)氣孔侵入鎂鉻磚內(nèi)部。由于原磚結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與變質(zhì)層存在很大差異，當(dāng)溫度變化時(shí)，在鎂鉻磚內(nèi)部產(chǎn)生平行于工作面的裂紋，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)發(fā)生崩裂和剝落。
(3)爐內(nèi)氣氛引起材料結(jié)構(gòu)疏松。煉銅爐含有大量的二氧化硫氣體，氣體遷移時(shí)能夠發(fā)生再氧化反應(yīng)，生成三氧化硫，與鎂鉻磚中的堿性氧化物(氧化鎂和氧化鈣)反應(yīng)形成低熔點(diǎn)的堿土金屬鹽類，如：MgSO4、CaSO4等。
(4)煙氣沖刷和機(jī)械磨損也會(huì)加速鎂鉻磚的侵蝕。
鎂鉻質(zhì)耐火材料的特殊破壞機(jī)理
雖然煉銅用鎂鉻質(zhì)耐火材料中的不同氧化物也在一定程度上可以影響材料的性能，從而導(dǎo)致材料的破壞，例如：氧化鉻、氧化鋁、氧化鋯等，但是煉銅用鎂鉻質(zhì)耐火材料的特殊破壞機(jī)理在于銅渣、鐵硅渣以及硫元素對(duì)材料的特殊破壞。首先，銅渣和銅熔體填充在氣孔和裂紋中，引起爐襯被熱擊穿，并發(fā)生膨脹剝落。
其次對(duì)于鐵硅渣的特殊破壞來說，研究認(rèn)為：鎂鉻磚中的氧化鎂和熔渣中的氧化鐵生成鎂鐵尖晶石因溶體，隨著磚體中SiO2含量的增加，鎂鐵固溶體逐漸被低熔點(diǎn)的鎂鐵橄欖石代替，方鎂石被鐵硅渣熔蝕，進(jìn)而形成了鎂鐵橄欖石、鎂橄欖石包裹主晶相鎂鉻尖晶石的結(jié)構(gòu);并且鐵硅渣的黏度比較低，鎂鉻磚中滲透進(jìn)入的鐵硅渣構(gòu)成連續(xù)的網(wǎng)狀，形成了變質(zhì)層，變質(zhì)層導(dǎo)致磚體的熱膨脹不同，在磚體內(nèi)形成了裂紋并逐漸擴(kuò)張導(dǎo)致磚體的剝落。而且SO2在磚體內(nèi)遷移時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)生成SO3，并與堿性氧化物生成低熔點(diǎn)的堿土金屬鹽類，反應(yīng)生成物的密度小而導(dǎo)致體積增加，從而加劇了熔渣的滲透和侵蝕。行業(yè)內(nèi)多位科研人員都認(rèn)為鎂鉻磚破壞的主要原因是鐵硅渣引起的。
最后對(duì)于硫元素的特殊破壞來說，第一：1500℃時(shí)，當(dāng)渣中硫含量較高時(shí)，SO2在鎂鉻磚的遷移的過程中，存在一個(gè)硫酸鹽先生成后分解的過程，這一過程將造成磚體氣孔的擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)的疏松，加深轉(zhuǎn)爐銅渣對(duì)鎂鉻質(zhì)耐火材料的侵蝕、適量的CaO存在，可以吸收SO2氣體減少M(fèi)gSO4的生成，而少量的MgSO4生成，在氣孔率較大時(shí)，引起的體積膨脹并不足以破壞磚體結(jié)構(gòu)，反而起到堵塞氣孔阻礙轉(zhuǎn)爐銅渣對(duì)鎂鉻質(zhì)耐火材料的進(jìn)一步侵蝕的作用。第二：1300℃時(shí)，直接結(jié)合鎂鉻磚抗侵蝕能力優(yōu)于電熔半再結(jié)合鎂鉻磚，1500℃時(shí)，電熔半再結(jié)合鎂鉻磚的抗侵蝕能力較直接結(jié)合鎂鉻磚更為優(yōu)秀;這些結(jié)果說明在銅轉(zhuǎn)爐的架設(shè)過程中耐火材料的選擇需要綜合考慮多方面的因素。對(duì)于一般的煉銅轉(zhuǎn)爐，由于工作溫度一般來說為1100~1300℃，此時(shí)選擇直接結(jié)合鎂鉻磚，由于SO2氣體的存在，選用CaO含量較大，氣孔率較高的直接結(jié)合鎂鉻磚較為適宜，而相對(duì)的，對(duì)于熔煉溫度較高的轉(zhuǎn)爐，宜采用性能較優(yōu)良的電熔半再結(jié)合鎂鉻磚或電熔再結(jié)合鎂鉻磚。
結(jié)論
耐火材料行業(yè)的發(fā)展與資源、能源和環(huán)境緊密相關(guān)。作為優(yōu)良耐火材料的鎂鉻質(zhì)耐火材料在煉銅工業(yè)中廣泛應(yīng)用的同時(shí)，因?yàn)椴煌瑱C(jī)理導(dǎo)致的破壞而普遍具有較低的使用壽命。煉銅用鎂鉻質(zhì)耐火材料的破壞機(jī)理分為一般破壞機(jī)理和特殊破壞機(jī)理：對(duì)于一般破壞機(jī)理來說，遵循高溫窯爐用鎂鉻磚的破壞演變機(jī)理;對(duì)于特殊破壞機(jī)理來說，重點(diǎn)在于煉銅工業(yè)中產(chǎn)生的不同種類爐渣的侵蝕。
評(píng)論區(qū)
