- La2O3對鎂質(zhì)耐火材料抗渣性能的影響
- 作者：nhxx
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- 期號 : 2024 年， 第12期
- 關(guān)鍵詞： La2O3，鎂質(zhì)耐火材料，抗渣性能，影響
熔渣滲透及其與鎂質(zhì)耐火材料相互作用是一個復(fù)雜的過程。其中，熔渣的黏度成為熔渣滲透到耐火材料中的主導(dǎo)因素。如果熔渣與耐火材料的界面形成高黏度或高熔點的相，這將在一定程度上阻止熔渣向耐火材料內(nèi)部的滲透，從而減緩熔渣對耐火材料的侵蝕作用；通過精細(xì)調(diào)整耐火材料的物相成分，并使其與熔渣發(fā)生反應(yīng)，從而改變滲透渣的組成，有助于減少熔渣對耐火材料的侵蝕和滲透作用 。
遼寧科技大學(xué)等單位的研究人員以菱鎂礦為原料，制備了未添加和添加La2O3的兩種試樣，通過使用掃描電子顯微鏡和能譜儀作為檢測手段，對比潤濕角、滲透深度和顯微結(jié)構(gòu)，分析La2O3對鎂質(zhì)耐火材料抗渣侵蝕性能的影響模式和作用機制，旨在為該領(lǐng)域耐火材料的進一步開發(fā)和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
試樣以≤0.6mm的天然菱鎂礦為基礎(chǔ)原料（制備的試樣記作M0），在M0的基礎(chǔ)上加入2%的La2O3（制備的試樣記作ML2）。
將上述兩配方的原料分別放入到裝有氧化鋯球的行星球磨機中，使用無水乙醇作為介質(zhì)，并以300 r·min-1的速度進行球磨4 h，得到的泥漿過100目的篩子，使用 60 ℃ 的干燥箱烘干24 h。 干燥處理后的粉料使用瑪瑙研缽進行研磨，加入聚乙烯醇作為粘合劑混合。利用臺式粉末壓片機，在6 MPa的壓力作用下，成功壓制出 Ф30 mm× 15 mm 的柱狀樣品。在110 ℃ 的溫度下，試樣干燥24 h，之后在電阻爐內(nèi)以5 ℃·min-1的速度從室溫升至的1 000 ℃進行燒結(jié)； 然后再以3℃·min-1的速率從1 000 ℃升溫至1 600 ℃ ；并在最高溫度下保溫3 h。試樣隨爐冷卻后進行抗渣侵蝕試驗。試驗用熔渣為鋼廠轉(zhuǎn)爐渣，其化學(xué)成分見表1。
表1 試驗中轉(zhuǎn)爐渣的化學(xué)成分（w）/%
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CaO |
SiO2 |
MgO |
Fe2O3 |
Al2O3 |
MnO |
Cr2O3 |
TiO2 |
Na2O |
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6.14 |
15.91 |
8.05 |
29.51 |
3.31 |
2.92 |
0.195 |
0.855 |
0.15 |
將大約0.5g 的熔渣進行精細(xì)研磨后，壓制成 Φ10 mm × 2 mm 的渣樣；然后，將這些渣樣放置在燒成試樣（M0 和ML2）的表面中心位置，并放置在高溫箱式電阻爐中。以 5℃min-1的升溫速度，將其從室溫升高到1600 ℃，并保溫3 h。然后隨著爐溫逐漸降低至室溫，取出試樣，分析熔渣與試樣的潤濕角、分析渣滲透程度、侵蝕區(qū)域的顯微結(jié)構(gòu)及相組成。
試驗結(jié)果表明：（1）熔渣對鎂基耐火材料的侵蝕過程主要包括MgO 向渣的溶解和熔渣向MgO基體的滲透。MgO晶粒之間分布著大量晶界且被硅酸鹽相包裹著，在高溫下硅酸鹽相將形成液相，為熔渣滲透提供了通道，導(dǎo)致方鎂石晶粒從晶界處剝落并被熔渣吞噬。同時基體結(jié)構(gòu)疏松多孔，對熔渣滲透的阻力較小，熔渣侵入基體內(nèi)部后，加速了MgO的溶蝕，導(dǎo)致MgO相溶解量和總體侵蝕深度偏高。（2）相比于未添加試樣，添加La2O3能顯著提高鎂質(zhì)耐火材料的抗渣侵蝕能力，熔渣對基體的侵蝕深度降低了43.2 ％。 （3）添加La2O3提高鎂質(zhì)耐火材料抗熔渣侵蝕性能的機理為：La2O3促進了材料的燒結(jié)致密化，一定程度上抑制了熔渣向材料內(nèi)部的滲透；La2O3與熔渣中CaO和SiO2之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的高熔點相CaLa4（SiO4）3O大大提高了熔渣的黏度，使熔渣與材料基體之間的潤濕性變差。原位生成的高熔點相 CaLa4（SiO4）3O分布在方鎂石晶界處，進一步阻止了熔渣向試樣內(nèi)部滲透。
（摘編自《冶金能源》2024，№6，作者：劉子坤 等）