目前，鎂鉻磚在水泥回轉窯燒成帶上得到廣泛的使用，但生產過程中Cr??對人和環(huán)境存在著危害，因此水泥回轉窯燒成帶用耐火材料的無鉻化將是未來的發(fā)展趨勢。水泥窯越來越復雜的窯況，要求耐火材料有更高的使用性能。如今，在水泥回轉窯燒成帶使用鎂白云石磚和鎂鋁尖晶石磚代替鎂鉻磚。鎂白云石磚對水泥熟料有著很好的化學相容性和極佳的掛窯皮性，但其抗熱震性能和抗水化性能差;鎂鋁尖晶石磚的抗熱震性和抗侵蝕性能良好，但MgO·Al?O?易與水泥熟料中C?S或C?A反應形成低熔點礦物C1?A?，導致窯皮流失。
研究發(fā)現(xiàn)，方鎂石-鐵鋁尖晶石耐火材料由于其優(yōu)異的柔韌性和掛窯皮性能，已經成為代替鎂鉻磚的材料。鐵鋁尖晶石的斷裂能是鎂鋁尖晶石的6倍，且能夠與水泥熟料生成C?F和C?AF，具有優(yōu)異的掛窯皮性能。在本工作中，主要研究了鎂鐵鋁尖晶石澆注料的掛窯皮性能。
試 驗
1.1原料
試驗所用的原料為:高純鎂砂，粒度為5～3、3～1、≤1和≤0.074mm，其化學組成(w)為:MgO95.44%，CaO1.50%，SiO?1.56%，F(xiàn)e?O?0.93%，Al?O?0.31%;電熔鐵鋁尖晶石，粒度為3～1mm，化學組成(w)為:Al?O?50.59%，F(xiàn)e?O?44.91%，SiO?1.22%，MgO0.96%，CaO0.38%;w(SiO?)=94.87%的硅灰;結合劑六偏磷酸鈉。
1.2試驗過程
試樣配比見表1。按表1稱取原料放入攪拌鍋中攪拌5min，然后倒入40mm×40mm×160mm的模具內振動成型。放入干燥箱220℃烘烤2h脫模后，對試樣進行1550℃保溫3h燒成。
按相關標準檢測燒后試樣的常溫抗折強度(GB/T3001-2007)、常溫耐壓強度(GB/T5072-2008)、體積密度和顯氣孔率(GB/T2997—2000)。按以下方法測試掛窯皮性:把燒后試樣切為40mm×40mm×80mm的2個樣塊，在其40mm×40mm表面涂上厚度約為2mm的水泥熟料漿體。然后把2塊試樣壓在一起，自然養(yǎng)護1d使其產生一定的強度后，再經過1500℃保溫3h熱處理，隨爐冷卻后，通過SEM和EDS等判斷試樣的掛窯皮性能。
結果與討論
2.1 對常溫物理性能的影響
圖1示出了不同電熔鐵鋁尖晶石加入量的試樣在1550℃熱處理后的體積密度和顯氣孔率?？梢钥闯?，試樣的體積密度先減小后增大，顯氣孔率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，二者最后趨于穩(wěn)定。由于鎂砂中發(fā)生Fe??的擴散，產生二次尖晶石化，造成體積密度減小，顯氣孔率增大。但隨著電熔鐵鋁尖晶石添加量的增大，有部分Fe??離子固溶到晶間位置形成液相，填充了氣孔，使體積密度增大。
電熔鐵鋁尖晶石加入量對試樣熱處理后的常溫耐壓強度和常溫抗折強度的影響?？梢钥闯?，隨著電熔鐵鋁尖晶石加入量的增加，試樣的常溫耐壓強度先增大后減小，在加入量為10%(w)時，試樣的耐壓強度最大。主要是因為加入電熔鐵鋁尖晶石會產生微裂紋，適量的微裂紋會對試樣起到增韌的作用。而微裂紋對抗折是有害的，使試樣的抗折強度降低。
2.2對掛窯皮性能的影響
出了加入不同量電熔鐵鋁尖晶石的試樣經1500℃掛窯皮試驗后的SEM照片?？梢钥闯?，水泥熟料已經侵入原磚結構中。當熟料中熔體量少時，熔體量不足以潤濕耐火材料，導致掛窯皮性差;反之，耐火材料易掛窯皮并且致密。電熔鐵鋁尖晶石添加量為10%(w)的試樣S10被水泥熟料侵蝕的深度最大，說明水泥熟料在試樣上黏附性較強，該試樣的掛窯皮比較多。
掛窯皮試驗后試樣S10的顯微結構。由EDS能譜可知，圖中白色不規(guī)則形狀的物質是由于氧化鐵在高溫下形成的液相與水泥熟料中的氧化鋁、氧化鈣發(fā)生反應，生成黏度高的鐵鋁酸四鈣滲入到方鎂石晶間，提高了試樣的結合強度，使窯皮在耐火材料上黏結牢固。
圖4(b)為FeAl?O?與MgO之間反應帶的SEM圖片，圖中白色針狀物質為FeAl?O?。由于Fe??擴散到氧化鎂的基質中，少數(shù)Mg??溶入電熔鐵鋁尖晶石晶粒中，與氧化鋁發(fā)生反應生成鎂鋁尖晶石。圖中標注位置為電熔鐵鋁尖晶石與鎂砂之間反應形成的致密反應帶，反應過程中的體積膨脹堵塞氣孔，提高了反應燒結帶的致密度，進而有效抑制水泥熟料的二次滲透，一定厚度的反應燒結帶可以提高水泥熟料與耐火材料間的結合強度，同時提高材料在高溫熱沖擊下的抗剝落性，能夠提高澆注料的強度。
結 論
經過高溫熱處理后，電熔鐵鋁尖晶石中的Fe??和方鎂石中Mg??發(fā)生離子交換反應，形成環(huán)狀的裂紋，這種環(huán)狀裂紋對鎂鋁鐵澆注料結構的柔韌性有良好的促進作用;同時Fe??向鎂砂中擴散，提高了試樣的掛窯皮性能。電熔鐵鋁尖晶石加入量為10%(w)時，鎂鋁鐵澆注料的體積密度和常溫耐壓強度最大，掛窯皮性能也最優(yōu)。
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