Три ключевых параметра для увеличения срока службы высокочистых магнезитовый кирпич
Высокочистые магнезитовый кирпич используются в качестве конструкционных материалов для футеровки высокотемпературных печей, работающих при температурах до 2200 °C. Однако при использовании в таких условиях (например, в условиях сверхвысоких температур, характерных для реакторов с сажевым углеродом) чистота и эксплуатационные характеристики формовочного песка, необходимого для высокочистых магнезитовый кирпич, требуют тщательного баланса. Огнеупоры (включая огнеупоры на основе магнезии) должны не только выдерживать высокие температуры и коррозию/эрозию, но и минимально разрушаться в процессе эксплуатации. Чистота магнезиального песка, наряду с физическими свойствами, такими как пористость и размер зерна периклаза, обычно считаются ключевыми параметрами для продления срока службы высокочистых магнезиальных кирпичей.
Чистота
Содержание MgO в магнезии является важным показателем качества магнезии. Однако одного содержания MgO недостаточно. Относительное содержание примесей, особенно тех, которые легко образуют расплавы при высоких температурах, также имеет решающее значение. Среди примесей наиболее важны B₂O₃ и SiO₂, за которыми следуют Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO и CaO. Их влияние зависит не только от их содержания, но и от соотношения CaO/SiO₂. Высокое соотношение CaO/SiO₂, как правило, желательно для оптимальных высокотемпературных характеристик.
Магнезитовые огнеупоры, используемые в условиях сверхвысоких температур, требуют высокой чистоты, поскольку они обладают высокой жаропрочностью. Экспериментальные результаты показывают, что прочность магнезиальных огнеупоров на изгиб при высоких температурах медленно снижается при содержании MgO от 90% до 98%. Однако эта прочность резко возрастает, когда содержание MgO превышает 98%. Увеличение содержания MgO выше 99% значительно повышает жаропрочность. Влияние типа примесей незначительно, поскольку в этом случае примеси локализуются в стыках (углах) зерен периклаза. Следовательно, структура прямых связей MgO-MgO хорошо развита, жаропрочность высокая, материал обладает высокой износостойкостью и высокой коррозионной/эрозионной стойкостью.
Плотность (пористость)
Относительная плотность μ огнеупорных материалов и их пористость ε связаны следующим соотношением:
ε = 1 – μ
Это указывает на то, что материалы с низкой пористостью обладают высокой плотностью, поэтому пористость является мерой плотности материала. Она также влияет на эрозию материалов. Критериями оценки пористости являются:
(1) объём пор (плотность, т.е. общая пористость ε);
(2) тип пор (закрытые поры более предпочтительны, чем открытые);
(3) размер и форма пор (удельная площадь поверхности).
Размер зерен периклита
Эрозия зерен периклаза инициируется посторонними компонентами (веществами) на границе раздела. В результате размер зерен периклаза увеличивается, а удельная поверхность соответственно уменьшается. Видно, что увеличение размера зерен периклаза снижает склонность магнезиальных огнеупоров к эрозии, что свидетельствует о высокой эрозионной стойкости крупнозернистого спеченного магнезита.
Электроплавление является основным методом получения крупнозернистого магнезита. По сравнению со спеченным магнезитом, электроплавленый магнезит обладает следующими преимуществами:
(1) Хорошее уплотнение (расплавленный магнезит после удаления оболочки практически не имеет открытых пор);
(2) Более крупные зерна периклаза (особенно при правильном охлаждении блока).
Для спеченной магнезии можно использовать следующие технические меры для увеличения размера зерна периклаза:
(1) Ранние технические меры включают:
- 1) добавление Cr2O3 для повышения подвижности решетки периклаза, увеличения размера зерна и ускорения уплотнения;
- 2) использование TiO2 и Fe2O3 для выращивания крупных зерен через переходную жидкую фазу;
- 3) добавление оксидов и обжиг при максимально высокой температуре в вертикальной печи для достижения крупных зерен. В реальном производстве для ускорения роста зерен периклаза часто используют небольшое количество (менее 0,5%) Cr2O3, Fe2O3, особенно ZrO3, а также оксиды и соли титана, ванадия, марганца, алюминия и меди. Редкоземельные элементы способствуют росту зерен, но механизм этого процесса иной.
(2) Используя в качестве сырья природную микрокристаллическую магнезию и спекая при очень высоких температурах в вертикальной печи, можно получить высококачественную спеченную магнезию с размером зерен периклаза от 50 мкм до 200 мкм.
На основании вышеприведенного анализа можно сделать вывод, что специализированные высокочистые магнезиальные огнеупорные изделия, произведенные из высококачественной магнезии с чистотой 98,5% – 99% MgO, насыпной плотностью более 3,35 г/см³ и размером зерна периклаза от 50 мкм до 200 мкм, подходят для сверхвысокотемпературных (2100 °C) условий эксплуатации реактора технического углерода. магнезитовый кирпич. Для высокотемпературной (1725-1925 °C) зоны для футеровки используются магнезиальные огнеупорные изделия с содержанием MgO 97,5% – 98%. Такая зональная конструкция обеспечивает оптимальные экономические и технические результаты. При непрерывной эксплуатации реактора технического углерода эти изделия доказали свою достаточную долговечность. Однако, когда условия эксплуатации трудно поддерживать, прерывистые повреждения футеровки, вызванные выкрашиванием, являются основным фактором, определяющим их неидеальный срок службы.
