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2020-01
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锆基耐火原料的应用
  用手机查看 浏览量:307 2003-09-25 发布时间:

 

    不但由锆基原料制成的锆英石和ZrO2质耐火材料具有优质的抗化学侵蚀能力和高温性能,如盛钢桶渣部位用锆英石砂、滑动水口的水口孔用ZrO2砖衬、水平连铸用ZrO2质定径水口等;同时将锆基原料引入到其它耐火材料中,利用ZrO2的变相,使原有材料的性能特别是热震稳定性得到很大改善。

   1、加入锆基原料的作用

    向耐火材料中加入ZrO2物质,主要有以下两种作用:

    (1)生成主晶相和次晶相,使材料具有特殊的性能  例如人们最熟悉的电熔刚玉砖(工业上大量生产的33#熔融锆刚玉砖的组成在AL2O3-SiO2-ZrO2三元系共熔点附近,分子式相当于2AL2O3·SiO2·ZrO2,简写为AZS熔铸砖),它的主晶相为斜锆石和刚玉的共析体(Z+C),或斜锆石、刚玉和莫来石(Z+C+M)。(Z+C)共析体的存在,使AZS砖抗玻璃溶液化学侵蚀能力要比烧结法制成的高铝材料高1-5倍;独立组成的(Z+C)共析体是维系玻璃熔池受侵蚀中、后期AZS砖体结构稳定的重要结构单元。

    在钢铁工业中,利用稳定的ZrO2具有氧离子在有氧势差的两相间移动的性能即脱氧能力,采用稳定ZrO2衬套,抑制了氧化物析出,使连铸用进入式水口中AL2O3沉积而造成的堵塞程度程度减轻一半。

    (2)对原由材料起改性作用  高铝质和碱性耐火制品具有良好的化学稳定性和高温性能,但热震稳定性差。向刚玉砖、高铝砖镁砖中等加入 ZrO2利用ZrO2的增韧作用,可显著提高这些耐火制品的热震稳定性。作者参与研制的水泥窑用抗剥落高铝砖即是将锆英石粉加到高铝砖的配料中,烧成后由于在ZrO2颗粒周围形成很多微裂纹,使这种砖的热震稳定性(1100ºC-水冷)可达到40次以上,在水泥回转窑的上过度带和篦冷机的侧墙取得了良好的使用效果。早在二十世纪三十年代初,即有人研制镁-锆系产品,其热震稳定性和抗化铁炉炉渣、平炉渣的性能均比镁砖好。加入ZrO2后,镁锆砖的强度也比一般镁砖高。这种产品有望用于水泥回转窑部分代替镁铬砖来减少Cr6-公害,保护环境。

    2、 ZrO2在陶瓷与耐火材料中的增韧

    加入ZrO2来改进原有耐火材料的性能特别是提高其热震稳定性,往往与ZrO2的增韧作用是分不开。ZrO2的增韧作用及机理也是耐火材料领域研究的一个重点。

    材料的增韧现象可由断裂力学来理解。含ZrO2细分散相的陶瓷材料强度的增加意味着在受张应力的裂纹端部存在着消除或抵消应力集中的机理。这种裂纹“顿化”作用使材料能经受更大的负载直到重新达到临界断裂韧度时,裂纹才有可能继续扩展。关于ZrO2增韧机理有多种说法,目前比较公认的有以下几种。

    (1)应力诱导相变增韧

    (2)微裂纹增韧

    (3)裂纹分支增韧

    (4)裂纹偏转和弯曲增韧

    3、 锆基原料的加入方式

    向耐火材料中加入锆基原料的方式,有直接加入法和预合成法两种方式。

    (1)直接加入法  通常视制品的纯度要求,可直接以锆英石精矿或斜锆石精矿为原料制成产品或直接加入到有关材料中。玻璃窑用烧结锆英石砖就是以含ZrO大于65%的锆英石精矿直接制取的。电熔AZS砖则以工业氧化铝加锆英石精矿为原料,或将ZrO2直接加入到氧化铝中熔铸而成。水泥窑用抗剥落高铝砖则是将锆英石精矿加入到高铝配料中而制成的。

    (2)预合成法  即将锆基原料先与其它原料配合预先合成所需矿物。如在连铸耐火材料中,除了高纯ZrO2制品(定径水口)外,其它的铝锆碳耐火材料所用的含锆原料多采用预合成法制取后而加入,如合成的AZS(电熔或烧结)、AZT和AZTS等原料加入到树脂结合的铝碳质滑板配料中。盛钢桶渣线部位采用的MgO-ZrO2浇注料,则是采用预合成的镁锆砂为原料。

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