鎂鋁尖晶石砂是以氧化鎂和三氧化(huà)二鋁為原(yuán)料,經高溫煆燒合成的(de)尖晶石質耐火材料。該原料在自然界發現極少,工業用的鎂鋁尖晶石幾乎全是人工合(hé)成的。合成鎂鋁尖晶石MgOAl2O3的(de)理論化(huà)學組成為MgO28.3%,Al2O371.7%,熔點為(wéi)2135℃,具有耐高溫,熱穩定性好,抗(kàng)渣性強,熱膨脹係數小等優點(diǎn),是一種優(yōu)質耐火原料。
鎂(měi)鋁尖晶石為等軸晶(jīng)係、立方體、八麵體所構成的八麵體晶形,無解理、熱震性好。MgAlO4同(tóng)MgO和Al2O3相比,膨脹係數低,熱導率小,並隨溫度(dù)上升而下降。另外,由於MgAlO4生成中的MgO和Al2O3在氣氛變(biàn)化時不(bú)發生變化,所以它與FeCr2O4相比(bǐ),在氧化還原氣氛中十(shí)分(fèn)穩定。鎂鋁尖晶石砂的人工合成方法是用工業(yè)氧化鋁或(huò)高純(chún)度鋁礬土和輕燒氧化鎂為原料,按要求的配(pèi)比加入(rù),經細磨、混勻、成球、在(zài)回(huí)轉窯或豎(shù)窯(yáo)中(zhōng)經1800℃以(yǐ)上(shàng)高溫煆燒,或上述原料(liào)按一定配比,在電弧爐(lú)中的2200℃左右的高(gāo)溫熔融而(ér)合成電熔鎂鋁尖晶石砂。
燒結法
燒結鎂鋁尖晶石砂比電熔鎂(měi)鋁尖晶石砂經濟,而(ér)且在(zài)許(xǔ)多情況下,能夠代替(tì)電熔鎂鋁尖晶石(shí)砂,燒結鎂鋁尖晶石的工藝有兩種:其一是根據燒結(jié)程度,將選定(dìng)Al2O3、MgO、水和結合(hé)劑磨細,並在筒磨機中混合後成型並幹燥(zào),再(zài)於回(huí)轉窯內強(qiáng)化燒結。另一種工(gōng)藝是將Al2O3和MgO按所確定的比例共同細磨(或者各自磨細後(hòu)再混(hún)合),混(hún)合料幹粉成球,再於回轉窯內強化燒(shāo)結。其(qí)強化燒結的溫度應在1900℃以上。
在燒結尖晶石中,有(yǒu)活性MgO均勻分布在尖晶石顆粒之(zhī)中,但在顆(kē)中觀察到了很多的微孔,在(zài)微孔中(zhōng)析出了矽酸鹽,燒結(jié)尖晶石可采用(yòng)氫氧化鋁、煉燒氧化鋁、片狀氧(yǎng)化鋁和電熔氧化(huà)鋁作為氧化鋁原料,而采用(yòng)碳酸鎂、氫(qīng)氧化鎂和燒結氧化(huà)鎂作為氧化鎂原料(liào)。試驗結果(guǒ)表明(míng),生產燒結尖晶石最適(shì)合的原料是工業氧(yǎng)化鋁和燒結(jié)氧(yǎng)化鎂,其中,原料細磨粒度是關鍵的工藝(yì)參數。將配料共同細磨、壓球,在1750℃以上的溫度煆燒可以獲得(dé)性能優良的鎂鋁尖(jiān)晶石砂。控製合理的煆燒鎂鋁尖晶石砂的配料,可以使其主晶相為細小的鎂鋁(lǚ)尖晶石(shí)晶體,並形(xíng)成巢(cháo)狀網絡結構(gòu),其間有少量的方鎂石晶體。
活性尖晶石與燒結尖晶石不同,它是在較低溫(wēn)度下(12001300℃)合成的。由於合成溫度較低,細粉狀的混合料,沒有完全轉變為(wéi)尖晶石。根據(jù)X射線衍射的結果(guǒ),按(àn)理論的組成配料(liào)的活性尖晶石中,分別含有少量(約10%15%)的α-Al2O3和痕量(約(yuē)為5%10%)的MgO。生產活(huó)性尖晶石(shí)的關鍵是輕燒溫度,當溫度太高時,Al2O3和MgO會完全(quán)合成尖晶石,因而細粉的表麵積和燒結性(xìng)能都降低;當溫度太低時,尖晶石的合成不足,活性Al2O3和MgO太多。活(huó)性尖晶石作為生產耐火材料中的細粉即活性細粉,可使材料具有所希望的更大密(mì)度,將活性尖晶石經細粉(fěn)碎—幹粉(fěn)壓球—燒結的工(gōng)藝生(shēng)產尖晶石時,在1700℃下燒結(jié)即能獲得高密度尖(jiān)晶石砂,其體積密度能達到3.4g/cm3以(yǐ)上。
電熔法
在生產電熔鎂鋁尖晶石時,一般采用拜爾(Bayer)法生產(chǎn)的Al2O3與(yǔ)高純MgO按尖晶石的理論組成混合,也可以使用其他來源的氧化鋁和MgO作原料,混合料中MgO含量可以在35%50%之內選定(dìng)。因為混合料中MgO含量過高或偏低都會使熔化不佳,由於黏度高而使熔體難於澆注,加入鉻(gè)礦對熔體和(hé)澆注均無副作用。通常混合料在可(kě)傾式(shì)電爐(lú)或者漩(xuán)渦熔化爐(lú)中熔化熔融混合物固化-破碎成電熔(róng)鎂鋁尖晶(jīng)石原料(liào)。采用漩渦(wō)熔化爐可以熔製各種配方的電(diàn)熔鎂鋁(lǚ)尖晶石,它(tā)是將選定比例的混合料在該爐內(nèi)加熱(rè)到高(gāo)於熔化溫度150250℃(熔池(chí)內的極限(xiàn)溫度為2300℃),所以可以(yǐ)熔煉熔點不高於21002150℃的熔體材料,電熔塊的(de)不同位置,其結構是不(bú)同的,一般是上(shàng)部和周邊的蜂窩形氣孔數量(liàng)多,其中(zhōng)符合理論組成的尖晶石熔塊的氣孔率更大,但含有過量MgO和加入Cr2O3(一(yī)般以鉻礦形式加入)的熔塊的氣(qì)孔率較低。因此,生產電熔尖晶石(shí)工藝的關鍵是(shì)如何獲得具有均勻結構的產品,同時(shí)適當地排除氣孔(kǒng)以減少產品的氣孔率偏析。
此外,加入Cr2O3的(de)另(lìng)一個優點是(shì)可以提高(gāo)熔(róng)融(róng)材料的耐火度。符合理論組成的混合料熔體澆注到金屬膜內,結晶成塊後形成尖晶石,尖晶石含量在80%95%以上,其餘為矽酸鹽(yán)和玻璃狀物質。結晶塊中還存在二次尖晶(jīng)石。在高於更低共熔點溫度下結晶的(de)無雜質尖晶石稱為一次尖晶石;在低於更低共熔點溫度(dù)下結晶的尖晶石(有(yǒu)方鎂石夾雜)固熔體(tǐ)稱為(wéi)二(èr)次尖晶石。通常,二次尖晶石在熔塊的(de)上部結晶,而(ér)一次尖晶石則主要在熔塊下部結晶。有Cr2O3時則發現晶格明顯畸變,說明(míng)Cr2O3按置(zhì)換型(xíng)熔於尖晶石的晶格之內。通過控製(zhì)出爐熔體的(de)冷卻速度可以製得結晶程度不同的電(diàn)熔鎂鋁尖晶石(其中有的晶體結構缺陷較高),用結構缺(quē)陷較高的尖晶石生產鎂鋁尖晶石製品時可保證在燒成時具(jù)有所要求的燒結活性。電熔鎂鋁尖晶石的(de)一個(gè)重要特征是在發育(yù)很(hěn)大的結晶中,觀察(chá)到呈帶狀解理(lǐ),並沿該解理麵析出了活性的MgO。
以鎂(měi)鋁尖晶石為主體(tǐ)原料的尖晶石耐火材料(liào),如(rú):方(fāng)鎂石尖晶石磚、尖晶(jīng)石方鎂(měi)石磚、尖晶(jīng)石磚等已應用在鋼鐵、水泥、玻璃等工業部(bù)門,並不斷開發新的領域。
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