耐火材料作為鋼鐵冶金、水泥、玻璃等高溫行業重要的基礎材料,在高溫技術持續發展的時代得到了快速進步。而廣東鎂質耐火材料作為耐火材料的重要組成部分,廣泛應用于水泥、有色金屬冶煉,堿性轉爐煉鋼、鋼水爐外精煉等鋼鐵冶金領域及陶瓷領域,其中潔凈鋼及爐外精煉技術的不斷發展也促進了鎂基合成耐火材料的研發與應用,如鎂鋁尖晶石材料在LF和RH精煉及煉鋼工業中廣泛應用。鎂基合成耐火材料作為該領域應用的重要研究方向之一,具有良好的抗侵蝕性和熱震穩定性。
在原材料方面,廣東鎂質耐火材料采用的原材料有兩大類組成:以菱鎂礦為主要原料的鎂質耐火原料一般包括輕燒氧化鎂、燒結鎂砂、電熔鎂砂;鎂質合成類耐火原料一般包括鎂鋁尖晶石、鎂鉻尖晶石、鎂橄欖石砂、鎂鋯砂、合成鎂鈣砂、堇青石、鎂鈣鋯砂等。
輕燒氧化鎂是用菱鎂礦焙燒加工后得到的產品,在礦業、冶金、化工、農業、輕工、環境保護等行業得到了廣泛應用。菱鎂礦焙燒設備一般為反射窯、沸騰窯、懸浮窯或回轉窯輕燒氧化鎂質地疏松,化學活性大,具有較高的比表面積,易與水反應,其水化物易在空氣中硬化。
將天然菱鎂石或輕燒氧化鎂在回轉窯或豎窯中于1500~2300℃溫度范圍內煅燒,使氧化鎂晶體長大和致密化,轉變為幾乎呈惰性的燒結鎂砂,亦稱為重燒鎂砂。由于菱鎂礦石在煅燒過程中存在母鹽假象,即碳酸鎂分解后形成方鎂打的微晶聚合體,這種仍殘留著母體菱鎂礦的結晶構造使氧化鎂很難實現進一步致密化,純凈的菱鎂礦欲實現燒結,煅燒溫度應在2000℃以上。
電熔鎂砂又稱電熔氧化鎂,除作為耐火材料高技術產品的原料外,還應用于電力工業,航天工業和核工業等。與燒結鎂砂相比,電熔鎂砂多選用高品位天然菱鎂礦和輕燒氧化鎂,在高溫電弧爐內加熱熔融,熔體自然冷卻,主晶相方鎂石首先自熔體中自由析晶,結晶長大,晶粒發育良好,晶體粗大,直接結合程度高,結構致密。這一結構特點使電熔鎂砂比燒結鎂砂更耐高溫,氧化氣氛中,能在2300℃以下保持穩定,高溫結構強度,抗渣性和常溫下抗水化性均較燒結鎂砂優越。
鎂鋁尖晶石砂具有良好的高溫性能,但天然儲量極少,工業用鎂鋁尖晶石砂多為人工合成法制取。用含MgO和Al2O3的原料合成鎂鋁尖晶石砂的方法有燒結法和電熔法,當尖晶石的質量分數在制品中不超過15%時,也可以按尖晶石的組成和在制品中的含量配料,在制品的燒成過程中直接形成尖晶石。
鎂鉻尖晶石指以天然含鎂原料菱鎂石、輕燒鎂粉或燒結鎂砂與鉻鐵礦為原料,按設計要求配比,經細磨,壓球,高溫煅燒或經電熔合成的鎂鉻尖晶石砂。
鎂橄欖石在自然界有天然礦床,自然界中的橄欖巖除主成分橄欖石外,有時還含有少量角閃石、尖晶石、磁鐵礦、鉻鐵礦等。顏色為橄欖綠色、黃色,含鐵愈多,顏色愈深,有時呈墨綠色、灰色、灰黑色。它是不含水硅酸鹽,硬度6~7,密度3.2~4.0gA:m3。橄欖巖受風化作用,轉變成蛇紋巖及含蛇紋巖橄欖巖。
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