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烧成镁砖

作者:admin 发布日期: 2019-10-14 二维码分享

烧成镁砖

国际标准ISO1109-1975规定MgO80%的碱性制品为镁砖。美国材料与试验协会标准ASTM C 455-1984关于镁砖的分类中,根据MgO的含量将镁砖分为三级,909598,其相应级别的MgO含量.小值分别为86%91%96%。按照生产工艺的不同,镁砖又分为烧成镁砖、不烧镁砖和再结合镁砖。

烧成镁砖

烧成镁砖,通常称为烧镁砖、镁砖,是生产量.大、应用.广的碱性砖。我国菱镁矿质地优良,储量丰富,镁砖质优价廉,在国内外市场享有很高的声誉。

烧成镁砖的生产工艺流程图如图12-2所示。


生产工艺要点

1,原料

用于生产镁砖的镁砂有天然镁砂和海水镁砂两种。我国镁砖绝大部分是由前者制造的。镁砂中的MgO含量在895~98%之间。我国...烧结镁砂的理化性能取决于菱镁矿的纯度和镁砂生产工艺。采用MgO含量大于46.0%的镁石块矿,与固体燃料块混合,入竖窑煅烧生产的镁砂,其MgO含量为89%~92%;采用MgO含量大于46.5%的镁石,经反射炉轻烧,再细磨,加水混合,压球,与固体燃料块混合入竖窑煅烧生产的镁砂,MgO含量为95%左右,又称为中档镁砂;采用MgO含量大于47%的镁石,经轻烧、细磨、干法压球,入超高温油窑煅烧生产的镁砂MgO含量为96.5%~98%,称为高纯镁砂。表12-6列出了这些镁砂的典型性能。各种牌号的烧成镁砖都是以一种或两种镁砂配合生产的。判定烧结镁砂的质量标准主要是颗粒体积密度、MgO含量、杂质含量和CaO/SiO2比值。我国高纯镁砂的颗粒体积密度为3.25~3.30g/cm3,较国外高纯镁砂低。提高颗粒体积密度的办法,可以通过加大轻烧MgO的细度,提高烧结温度来解决,但会使生产成本提高。CaO/SiO2高的镁砂生产的制品,因为结合相硅酸二钙的熔点高达2130,高温性能好,当其用于炼钢炉衬、石灰窑、耐火材料窑炉时,对抗侵蚀也有利。但高CaO/SiO2镁砂用于生产玻璃窑制品或MgO-Al2O3系、MgO-SiO2系制品,使用中会产生较多的低熔物,反而是不利的。在前者要求高CaO/SiO2的情况下,SiO2含量小好,在后者要求低CaO/SiO2的情况下,CaO则是有害杂质。


2,粒度组成

粒度组成应符合.大堆集密度原理和有利于烧结。临界粒度一般选择3~5mm,当砖形尺寸大时,临界粒度可选大些。粒度配比的选择,还应考虑到各粒级料的平衡。当选择两种镁砂配料时,纯度高的优质镁砂以细粉形式加入好,以提高制品基质的抗渣侵蚀和渗透性。一个典型的粒度配比是:2.5~0mm,(其中大于2mm者不大于10%,小于1mm者不大于55%)加入70%~80%,小于0.088mm(其中小于0.088mm者不小于95%)加入20%~30%

3,混练

混练可在SJH-28 型湿碾机、行星式强制混合机、EIRICH混练机或强力逆流混合机中进行。结合剂可采用亚硫酸纸浆废液、卤水、硫酸镁熔液等,加入量约为3%。后两者混合时加入的加料顺序为:先加粗颗粒,再加结合剂熔液,混合1~2min,加细粉,再混合10~20min.当制砖料中的CaO含量高时,可酌情采取困料工艺,以防止砖坯开裂。

4,成型

可采用摩擦压砖机成型,采用液压压砖机双面加压,可使坯体密度上下均匀。先轻后重、多次加压方式有利于排气,防止砖坯因弹性后效而层裂。压力一般为100~200MPa,坯体密度一般在2.95g/cm3左右。制砖模具的设计,应考虑到砖坯放尺,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%。纯度高的镁砖,高温烧成时收缩小,砖坯放尺相应减小。

砖坯尺寸公差及外形要求,应比国家标准和合同对成品的规定更严格一些,以提高成品率。

5,干燥

干燥的目的是排除坯体结合剂中的物理水,以提高砖坯的强度,减少码砖和烧成废品。一般采用隧道干燥器干燥,干燥介质通常是从隧道窑冷却带抽出的热气体。干燥介质入口湿度为100~110,出口温度为40~60,干燥时间一般不小于16h,干燥后砖坯的水分控制在0.8%以下。

6,码砖

码砖密度对隧道窑中的气流分布对烧成制品的质量有重要影响。砖垛密度越大,隧道窑的效率越高。但随着砖垛密度的增加,气体阻力显著增大。烧成1kg制品所需的空气量也越多。砖垛密度越大,有缺陷的制品也越多。对于造成冷却断裂废品,砖坯密度的影响大于冷却速度的影响。

每一种规格的砖都必须具有自己的码装模式。作为经验法则,大约50%的窑炉断码装制品,50%必须空出,使烟气或冷却空气能顺利穿流砖坯。50%的自由断面应尽可能均匀地分布在砖坯上侧部空隙(砖坯与窑壁之间)以及顶部空隙(砖坯与窑顶之间)分别不应超过80mm50mm。如果窑车砖坯在推进方向上过密,气体就会以高速穿过侧部空隙和顶部空隙,其后果是砖坯断面上的温差加大以及烟气温度过高,这意味着能量流失。因此,越是形状复杂,外形尺寸大的砖,越应留有足够的空间。还应注意的是,码砖前,应使台车保持干燥,处于完好无损的状态。台车每次通过窑炉之后都要磨修平,以免台车不平对砖造成压痕。如果出现粗糙不平,可用合适的干砂来找平。

7,烧成

镁砖的烧成可在隧道窑或倒焰窑中进行。后者的生产率低,热工制度不易控制,隧道窑是烧成镁砖的.有效、应用.广的热工设备。隧道窑的结构、热工操作、流体力学条件是保证制品性质,实现低能耗高效率的重要条件。

隧道窑的热工制度,主要包括温度制度、压力制度和推车制度,三者又是彼此相关操作的。

1)制品烧成时的物理化学变化

镁砖坯体在隧道窑中不同位置处于不同的温度,在预热带的升温,烧成带的高温、保温,冷却带的降温三个阶段,材料内部发生一系列物理化学变化,俄罗斯镁砖公司对156m长隧道窑烧成碱性制品时发生的变化进行了测定。

预热带:450以前随着物理水的蒸发和结合剂(以纸浆废液为例)部分分解,黏性丧失,砖坯失重1.7%~2.0%,强度下降;450~800时,纸浆废液中水合物分解,残碳燃烧,砖坯的质量又下降0.6%~0.9%,耐压强度从15~20MPa急剧下降到3~5MPa,显气孔率从15%~17%增加到19%~20%1000~1200时,发生固相反应,出现少量液相,烧结开始,矿物结晶凝聚,体积收缩,制品的强度和密度开始提高。

显然,此时制品的烧结致密化过程是从其暴露于热气流的外表开始的。如果在此之前,坯体内的残留碳未完全燃尽,那么在1200以后,空气很难再进入坯体内部,多余的残留碳在烧成带阻碍着材料的烧结,在制品中心区形成多孔、低强度的黑、红心区,废品率上升。因此,在预热带保持适宜的升温速度和推车时间是必要的。对于普通形镁砖,加热速度应不低于60~80/h,对于单重大于25kg的镁砖应采用更高的供热速度。

烧成带:在烧成带烧嘴前1250~1360的区段,制品的烧结进一步强化,液相量增加,方镁石晶体尺寸长大到3~5μm,制品的显气孔率变化不大,耐压强度提高到15~20MPa

在设置烧嘴的烧成带,普通镁砖的.高烧成温度为1550~1580,制品内会形成比理论计算多得多的液相,烧结充分进行,制品粗颗粒组分中方镁石晶体尺寸从原料的55μm增大到70μm。基质中方镁石晶体尺寸从原料的45μm增加到60μm,显气孔率从20.5%降到18%,耐压强度从50MPa增加到92MPa。由于在烧成带制品内的液相量.多,体积收缩大(达到5%~6%),此时的加热速度不应太高。为了确保台车上制品受热均匀,烧成带应保持微正压,弱氧化气氛作业。当烧成MgO含量为95%~98%的镁砖时,需相应提高.高烧成温度和增加烧嘴数量。

冷却带:镁砖在冷却带出现废品的.危险阶段在1200~1400之间。制品从装有烧嘴的烧成带进入没有烧嘴的冷却带,在推车时,温度差高达100以上。硅酸盐发生再结晶,弹性模量急剧升高产生很大的热应力,采用60~70/h的冷却速度,对于单重小于25kg的普通镁砖是安全的,但对形状复杂和单重大于25kg的镁砖,由于砖密度不均匀以及释放应力能力差,易产生制品断裂。同镁铝砖、镁铬砖相比,镁砖在快速降温时造成的废品多。制品从1000继续降温时,其弹性模量增加不大,可以适当加快冷却速度。

2)压力控制

预热带窑内为负压环境,从窑门和窑底吸入冷风,会加剧气体分层,而且还需对冷的台车砌体供热,导致台车上部和下部制品的温度差别过大(.大达400K)。采用双层窑门封闭,窑底抽风制造负压防止冷风入窑以及设置热风气幕搅拌等可以使预热带温差减小。应根据预热带窑内的负压变动,及时相应调整窑底负压,做到“压力平衡”。

烧成带窑内为微正压作业,底部压力的调节应更及时。在烧成带窑内温度很高的情况下,如果窑下压力过大,冷风进入烧成带,降低烧成带温度,使能耗上升;如果窑下压力过小,烧成带窑内高温气体下泄,则有可能使台车受损,严重时影响台车运行,造成事故。

烧成带前端零压车位的选择及控制应视制品的烧成要求及时调节,当码砖密度大或制品尺寸大,外形复杂时,可将零压车往前移,以利于提高预热带的温度。

在冷却带,冷却风量与窑的产量相关。一般来说,当砖垛密度小及缝隙宽度为4cm时,空气/砖之比值等于1,即烧成1kg制品送入1kg空气。显然,当推车时间加快,窑产量增加时,应鼓入更多更多的空气,此时,窑内压力加大,窑底的压力也应相对提高,反之亦然。

特性

镁砖的耐火度达2000以上,而荷重软化温度随胶结相的熔点及其在高温下所产生液相的数量不同而有很大差异。一般镁砖的荷重软化温度开始温度在1520~1600之间,而高纯镁砖可达1800℃。镁砖的荷重软化开始温度与坍塌温度相差不大。1000~1600℃下镁砖的线膨胀率一般为1.0~2.0%,并近似呈线性。在耐火制品中,镁砖的热导率仅次于含炭砖,它随温度的升高而降低。在1100℃和水冷条件下,镁砖的抗热震性仅为1~2次。镁砖可抵抗含氧化铁和氧化钙等碱性渣的侵蚀,但不耐含氧化硅等酸性渣侵蚀,因此使用时不能与硅砖直接接触,一般要以中性的砖隔开。常温下镁砖的导电率很低,但到高温时,如1500℃就不可忽视了,在用于电炉炉底,尤其是在潮湿时应引起注意。镁砖显微结构其实就是镁砂显微结构的组合,采用一种镁砂制造的镁砖显微结构.简单,只不过基质部分比较疏松,气孔较多罢了。不同级别镁砂制成的镁砖,其显微结构差别明显。采用杂质含量高的镁砂制造的镁砖,硅酸盐相多,MgO晶体呈圆形,直接结合率低。原料杂质含量少,采用超高温烧成的镁砖,硅酸盐减少,直接结合率高,MgO晶体呈自形、半自形晶。真正的晶间直接结合,只有在不含硅酸盐和晶间气孔的材料中方能达到.大限度。

镁砖的性能,因采用原料、生产装备、工艺措施不同有很大的差别。表12-7列出国标GB/T 2275-2001规定的镁砖的理化性能。表12-8列出建材行业标准JC/T 924-2003规定的玻璃窑用镁砖的理化性能。表12-9为国内外两家耐火公司镁砖的典型性能。Q为国内青花公司产品,A为国外产品。后者的CaO/SiO2高,致密度好,但价格高。


用途

镁砖因其高温性能好,抗冶金炉渣能力强,被广泛应用于钢铁工业炼钢炉衬、铁合金炉、混铁炉;有色工业炉炼铜、铅、锡、锌的炉衬;建材工业石灰煅烧窑;玻璃工业蓄热室格子体和民用换热器;耐火工业的高温煅烧窑,如煅烧镁砂的高温竖窑,烧成碱性耐火砖的高温隧道窑等。

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