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耐火材料行业动态

镁砖

一、镁砖的生产工艺

按生产工艺的不同,镁砖可分为烧成镁砖、不烧镁砖和再结合镁砖。其中烧成镁砖是生产量最大、使用最广的一种镁质耐火材料。我国生产的镁砖,质优价廉,在国际市场上具有很强的竞争力。烧成镁砖的生产工艺如下。

(1)原料

用于生产烧成镁砖的原料主要有制砖镁砂、电熔镁砂和海水镁砂。,我国生产的烧成镁砖主要用前两种镁砂制造。我国镁砂的理化性能取决于菱镁矿的纯度和镁砂的生产工艺。对镁砂的要求主要是化学组成和烧结程度。烧结镁石的化学组成应控制在MgO87%,caO3.5%,SiO25.0%,同时要求镁砂烧结良好。烧结程度通常用真密度、重烧收缩率和抗水化性来衡量,一般真密度要求大于3.51g/cm3,重烧收缩率一般不超过0.5%,灼减小于0.3%,没有瘤状物,黑块越少越好。也可以根据镁石的外观颜色来判断和分级。纯菱镁矿煅烧后为白色,由于铁的氧化物的影响,染成褐色、棕褐色或茶褐色。SiO2含量高时呈白黄色,CaO含量高时显黑色。Fez03含量越高,真密度越大,SiOa含量高时,真密度下降。

为了改变镁质耐火砖的性质,往往在生产镁砖的料内加入专门的加入物,如氧化铝、三氧化二铁、氧化钛、组成镁橄榄石的物质(二氧化硅、蛇纹石、滑石)、轻烧镁砂和其他矿物等。

(2)颗粒组成

颗粒组成确定的原则应符合最紧密堆积原理和有利于烧结,临界粒度根据砖型和使用条件的不同而有所区别,但生产镁砖的料临界粒度不宜过大,一般选择在35mm,当耐火砖形较大或要求热震稳定性较高时,可采用增大临界颗粒尺寸或增加大颗粒含量的办法来解决,但增大临界颗粒尺寸或增加大颗粒含量,会使耐火砖的烧结性能变差。增加细粉含量,或改变下限由0.088mm降为0.066mm,或同时降低颗粒上限,则有利于荷重欹化温度和烧结性的提高,但会使制品的热震稳定性下降。粒度配比的选择,还应考虑到各粒级的平衡,当选择两种镁砂配料时,纯度高的优质镁砂以细粉的形式加入为好,可以提高耐火砖基质的抗渣性和渗透性。‘如果向镁砖内加入其他加入物,则应将其破碎至lmm以下,镁砖的配料成分不宜作硬性规定,每次选择时,应考虑到原料的质量、现有的生产设备(特别是烧成窑)一及其构造等因素。

(3)配料

将不同颗粒组成的各种物料包括废砖、结合剂、加入物及水进行配料,在镁砖的配料中,除了镁石、结合剂和加入物外,经常还要加入20%以下的废砖。结合剂可采用亚硫酸纸浆废液、卤水、硫酸镁溶液等,加入量一般在3%左右。、配料内的加入物,不仅对耐火砖的烧结性有影响,而且对耐火砖的其他性能也有影响,如加入物在烧结过程中能形成高熔点的耐火物,则可提高镁砖的荷重软化点,如加人物能改善弹性性质(如向镁砖中加入Al2O3时,则可提高镁砖的热震稳定性。如要促进镁砖的烧结,则要加入Fe2O3或钛化合物。如要提高泥料的可塑性,有时在配料内加入黏土,但为了在烧成时不致增加耐火砖内液相的数量,在多数情况下,均使用有机材料作为加入物。

(4)混炼

镁砖的坯料可以在轮碾机或混砂机中进行混炼,轮碾机混出的泥料质量较好,因为它的转动和碾压对泥料具有碾揉压实、预先排气和预先密实的作用,使泥料混合均匀。其缺点是对颗粒有再粉碎作用,破坏原来的颗粒组成,且产量低。混砂机的特点与之相反。混料时的加料顺序和混料时间为:先加粗颗粒,再加结合剂,混合12min后加细粉,全部混合时间不低于l0min。混好的泥料,根据料中CaO含量的高低,决定是否困料,如料中CaO含量低,且镁石烧结良好,可不用困料,直接成型。料中CaO含量高,可酌情采取困料工序,以防止砖坯开裂。

(5)成型

镁石是瘠性料,且坯料水分含量少,一般不会出现因空气被压缩而产生的过压废品,因此可采用高压成型,使制品的坯体密度达2.95g/cm3以上,有利于改善耐火砖的性能。为了使砖坯的密度上下均匀,可采用双面加压,成型时要先轻后重,多次加压,充分排气,防止砖坯因弹性后效而产生层裂,随着成型压力的提高,镁砖烧后的强度、密度和荷重软化点都提高。镁砖坯的强度一般都不高,因此,在放置和搬运时,必须特别慎重,一定要轻拿轻放。成型镁砖模具的设计,应考虑到砖坯的放尺率。普通镁砖的放尺率:码砖受压面为1.5%~2.5%,码砖非受压面为0.5%~1.5%,生产高纯镁砖时,因高温烧成时受缩小,砖坯的放尺率应适当减小。

(6)干燥

镁砖坯干燥是为了排除坯体结合剂中的物理水,以提高砖坯的强度,减少码砖和烧成时的废品。镁砖在干燥过程时要发生水化,使操作困难增加,如果水化作用进行得很严重,由于体积的膨胀,在干燥过程中会出现网状裂纹。坯体在干燥过程中,所发生的物理化学变化,包括水分的蒸发和镁石的水化两个过程,水分排除的最初阶段需要较高的温度,但温度太高又会加速镁砂的水化,使坯体开裂,特别是在干燥的后期,由于热湿传导的影响大于湿传导的影响,所以过高的温度反而不利于水分的排除。在一般情况下,干燥介质的入口温度控制在100120,废气出口温度控制在4060,为保证坯体在干燥后具有一定的强度,坯体干燥后应保持有0.7%左右的水分。坯体干燥后应及时装窑,以免吸潮粉化。

(7)烧成

砖坯的码放对烧成质量有较大影响,装窑密度越大,隧道窑的效率越高,但随着装窑密度的增加,气体阻力明显增大,烧成后产生有缺陷的废品多。对于造成冷却断裂废品,装窑密度的影响大于冷却速度的影响。

耐火砖的烧成制度一般包括升温速度、最高烧成温度、最高烧成温度下的保温时间、冷却速度和烧成气氛等。

在烧成制度中,升温速度或冷却速度的允许值取决于坯料在烧成或冷却时所受到的应力作用。这种应力来源于两个方面:一种主要是由于烧成过程中温度梯度和热膨胀或冷却收缩所造成的,另一种是由于制品内部一系列的物理化学变化、晶型转变、重结晶、晶体长大等因素造成的。任何制品的烧成制度的确定,都要依耐火砖品种、形状尺寸和烧成设备的不同而不同。每一种规格的砖坯,都有自己的装窑模式。

镁砖的烧成可在倒焰窑或在隧道窑内进行。倒焰窑生产效率低,热工制度不易控制。隧道窑是生产镁砖应用最广泛的热工设备。镁砖的荷重软化温度较低,高温时,结合剂已失去作用,所以镁砖在烧成时,码垛不宜太高,一般控制在0.8m左右。

镁砖在烧成过程中所发生的物理化学变化为:

500以前主要是水分的排除和氢氧化物结构水的析出,升温速度可加快。在5001200之间,结合剂的结合作用已失去,而液相还没有生成,砖坯的强度较低。12001400时发生固相反应,液相生成,制品开始烧结,但此时砖坯的强度仍然较低,升温速率不宜太快。1400C以上方镁石再结晶,有可能产生塑性变形,此时强度较低,要避免强烈火焰冲击,升温要缓慢。15001600时,制品最后烧结。

制品在烧结时,其致密化过程从暴露预热气流的外表面开始,如果在此之前,坯体内残留的炭等物质未完全燃尽,在.1200℃以后,空气很难再进入坯体内部,多余的残留炭等在烧成时阻碍材料的烧结,会在制品的中心区形成多孔红、黑心区,废品率上升。所以在预热带要保持必要的升温速率和推车制度。

在烧成时,为防止生成FeOMgO固溶体,使氧化铁生成MF,既能促进烧结,又不显著降低耐火性,故应采取弱氧化性气氛烧成。冷却时,在液相凝固前,砖坯具有良好的缓冲应力能力,冷却速度可以提高,液相凝固后,砖坯的塑性已消失,为使制品不出现裂纹,应缓慢冷却。

二、镁砖的性能与用途

镁砖的耐火度高达2000以上,而荷重软化温度随结合相的熔点及其在高温下产生的液相不同而有较大变化。一般镁砖的荷重软化开始温度在15201600℃,而高纯镁砖的荷重软化开始温度可达1800。镁砖的荷重软化开始温度与坍塌温度相差不大,这一点与硅砖有较大的区别,这是因为镁砖的主要相组成是方镁石,但方镁石晶体在镁砖内并不结晶网络骨架,而是被结合物所胶结。因此,结合物的性质决定着镁砖的高温结构强度。在普通镁砖中,作为结合物的一般是钙镁橄榄石和镁蔷薇辉石等低熔点的硅酸盐相,虽然构成镁砖的方镁石晶粒熔点较高,但有在1500左右开始熔化的硅酸盐相存在,且其液相在高温下黏度很小,所以,反映出普通镁砖荷重变形温度与坍塌温度相差不大,但与耐火度有较大的区别。而高纯镁砖的荷重软化开始温度可达1800,主要是由于方镁石晶粒问的结合物是镁橄榄石或硅酸二钙,且其与MgO所形成的低共熔物的熔融温度高,晶体间的品格强度大和高温下的可塑变形小,晶体颗粒结合良好。

镁砖在10001600下的线膨胀率一般为1.0%~2.0%,并近似成线性。在耐火制品中,镁砖的热导率仅次于含碳砖。它随温度的升高而降低。在1100水冷的条件下,镁砖的热震次数仅为12次。镁砖对CaO和铁氧的碱性渣抵抗能力强,但对含Si02等酸性渣的抵抗能力弱,因此在使用时不能与硅砖直接接触,一般要用中性砖隔开。常温下,镁砖的导电率很低,但在高温时,其导电性将不可忽视。镁砖的性能,因采用的原料、生产设备、工艺措施等不同而有较大的区别。

镁砖因高温性能好、抗碱性渣能力强,被广泛应用于钢铁工业的炼钢炉衬、铁合金炉、混铁炉、有色冶金工业炉、建材的石灰窑、玻璃工业蓄热室格子体和换热器、耐火材料工业的高温煅烧窑及隧道窑等。

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