年产万吨镁铬砖的生产车间设计方案

年产万吨镁铬砖的生产车间设计方案内容摘要：

Cr2O3 1700 液相 1800 1700 1600 1500 1400 液相 + 尖晶石 液相 + 方铁矿 尖晶石 + 尖晶石 1600 1500 1400 液相 +FeCr2O4 FeO+FeCr2 O4 Cr2O3+ FeCr2O4 1300 FeO 方铁矿 方铁矿 20 30 40 50 60 80 90 Cr2O3 1300 FeO FeO 重量， % Cr2O3 图 12 FeOCr2O3系统（ CO2/H2的气氛） 图 13 FeOCr2O3系统（与铁平衡） （ 2） Cr2O3 Fe2O3 系统。 米安和宗宫制作的 Cr2O3 Fe2O3 系平衡相图如图 14 所 温度，摄氏度 方镁石 MgO 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 4 页 示。 此相图表明了在氧化性的条件 2200 2020 L 半倍氧化 约 2075 物 +L 下，当 Fe2O3中加入 Cr2O3 时，氧化铁 可以被亚铬酸铁所饱和的情形。 图中 标明了尖晶石的区域大致上是 1800 尖晶石 FeO Fe2O3 和 Cr2O3 FeO 间的固溶 体范围。 此结果与洛弗尔、里格比和 1600 1591 格林指出的 FeO Fe2O3 和 1400 1390 半倍氧化物 Cr2O3 FeO 具有无限互溶性的结论 是一致的。 Fe2O3 20 40 60 80 Cr2O3 重量， % 图 14 Fe2O3Cr2O3系统在空气中的关系 （ 3） MgO Cr2O3 SiO2 系统。 MgO Cr2O3 SiO2 三元系相图如图 15 所示。 而奥斯本和米安绘制 的 MgO Cr2O3 SiO2 三元相图固面图如 16 所示。 SiO2 SiO2 MgOSiO2 1800 MgOSiO2 SiO2+MS +MK 2MgOSiO2 1900 Cr2O3 2MgOSiO2 1546 1710 MgO 0 102030405060708090 2020 镁铬尖晶石 2100 2 2200 2300 MgOCr2O3 MgOCr2O 3SiO2三元系统相图（ 15） Cr2O3 MgO 1890SiO2+ 1850MK+ Cr2O3 M2S+MgO+MK +M2S MgOCrO3Cr2O3 MgOCr2O3SiO2三元系统固面图（ 16） 由图 16 看出， MgO Cr2O3 SiO2 三元系中没有三元化合物。 这两幅图表明，由 于 MgO 含量增加，配料的组成点将移入 MgO Cr2O3 2MgO SiO2 亚三元系内，其固 化温度为 1850℃ ，说明 MgO Cr2O3 系耐火材料的高温性能比 Cr2O3 系耐火材料的高温 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 5 页 性能优越，它们为生产 MgO Cr2O3 系耐火材料提供重要的依据，并划定了镁铬质、铬 镁质、镁橄榄石铬质、铬镁橄榄石质耐火材料各相区的范围，因而该三元相图是含铬镁 质及镁橄榄石质耐火材料的基本相图。 （ 6） MgO Cr2O3 Al2O3系统。 MgO Cr2O3 Al2O3 系平衡相图如图（ 17）所示。 由 于 Al2O3 与 Cr2O3 以 及 MgO Al 2O3 与 MgO Cr2O3 能 形 成 连 续 固 溶 体 ， 所 以 在 MgO MgO Al2O3 系或在 MgO Al 2O3 Al 2O3 系耐火材料中加入 Cr2O3 ，其开始出现液 相的温度都有所提高。 该图还表明，靠近尖晶石 MgO Al 2O3 相区的液相线和固相线的 温度高出临近区域约 100℃。 除此之外， 在 MgO Cr2O3 MgO Al 2O3 尖晶石系列中加 入 MgO 时也会导致液相线温度上升，而且整个方镁石初晶区域和固相线的温度都在 1900 ℃ 图（ 17） MgO Cr2O3 Al 2O3 系统内在液相线温度上的相关系 以上。 原料的技术指标 鞍山科技大学本科生毕业设计 表 21 原料的技术指标 第 6 页 化学组成， % 体 积 附着 粒度 原料名称 铬铁矿 烧结镁砂 B MgO Cr2O3 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 灼减 密 度 g/cm3 — 水 分 % mm 20~300 030 ．影响镁铬砖性能的主要因素 铬矿的选择 铬矿配入的粒度越小， MgCr 砖中形成的尖晶石就越多，材料的荷重软化温度也 越高。 说明在生产荷重软化温度高的 MgCr 砖时，其铬矿应以小粒度加入 MgCr 砖的 配料中。 此外，在镁砖中引入铬矿主要是为了提高 MgCr 砖的抗热震性。 但在水泥回转 窑上使用时，水泥混合料中的碱组分最 先与尖晶石反应，使 MgCr 系耐火材料受到侵蚀。 这说明高荷重软化温度与高耐侵蚀性不能同时要求，在配料的粒度方面必须权衡考虑。 因此，在生产 MgCr 砖时要根据使用条件来选择铬矿配入的粒度 [1]。 添加剂对 MgCr 砖的性能的影响 关于添加剂对 MgCr 砖性能的影响。 人们已经作了许多的研究工作。 例如 ZrO2 能 够提高 MgCr 砖的致密度、常温耐压强度、高温强度、热稳定性和抗侵蚀能力。 Cr2O3 可降低 MgCr 砖的气孔率，同时提高抗侵蚀能力。 为了提高 MgCr 砖的耐蚀性能，还 可以采用添加 MgO 或者铬铁矿微粉以及 FeCr 等方法。 [1]特别是后者，与未添加的相比， 具有极高的耐蚀性能。 通过进一步提高铬铁矿含量还有可能使 MgCr 砖的抗剥落性能得 到提高。 此外，通过在基质中加入超细粉能够显著提高耐蚀性。 其原因是：超细粉原料 促进了烧结从而强化了基质部分。 根据烧结机理，原料粒径越小，烧结速度越大，因而 材料也越容易烧结。 此外由于配入了超细粉原料，使粒子之间的接触点增多了，除了易 于烧结之外，气孔也易于密闭化，这有利于提高材料的耐蚀性能。 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 7 页 R2O3 在方镁石，尖晶石和硅酸盐相中的溶解 （ 1） 硼的氧化物。 目前已经确定少量的 B2O3 对镁质材料高温强度有不利影响。 生产海水镁砂的实践表明， B2O3 对镁砂性能的影响很大。 例如 MgO 达 98% 的海水镁砂，其高温强度不如 MgO 为 94%的希腊镁砂。 这是因为 B2O3 起 强溶剂作用所致。 因此各国都致力于生产低硼镁砂 [2]。 （ 2） Al2O Cr2O3 和 Fe2O3。 这些 R2O3 的加入会降低最大强度值，并且使达到 最大强度的 C/S 比值降低。 当 C/S 比增加到超过最佳比值之后，形成了低 熔物铁酸钙，、铝酸盐和铬铁矿，会使强度下降。 加入 Al2O Cr2O3 和 Fe2O3 使镁砖强度下降的情况与 B2O3 类似。 它随 SiO2 含量、 C/S 比和实验温度的 变化而变化。 并且按相同质量考虑， B2O3 的危害程度约为 Al2O3 的 10 倍， Al2O3 为 Cr2O3 的 6 倍， Fe2O3 的 17 倍。 （ 3） 方镁石、尖晶石和硅酸盐的相对含量同 MgOCr2O3 砖中的 Al2O Cr2O3 和 Fe2O3 的含量有一定的关系，其中尖晶石含量随 Fe2O3 含量的减少和 Al2O3 含量的增加而增加。 而且， Fe2O3 和 Cr2O3 在方镁石中的含量比在尖晶石中 多，相反， Al2O3 在尖晶石中的含量比在方镁石中高。 因此，可以根据使用要求来调整 Al2O3/Cr2O3 比例，使 MgOCr2O3 砖性能达到最佳 化。 因为 Al2O3/Cr2O3 比例可以用来控制砖中的显微结构，进一步研究发现， MgOCr2O3 砖中 Al2O3/Cr2O3 比高时，易于得到较细的方镁石和较少的晶内尖晶石以及大量的晶间 尖晶石；降低 Al2O3/Cr2O3 比时则可以逐渐改变显微结构，使方镁石晶体尺寸增大，而 且此时晶内的沉析尖晶石增加而晶间尖晶石却减少了 [2]。 另外， MgOCr2O3 砖中 Cr2O3/MgO 比和 Al2O3/MgO 比也会对制品的性能产生重要 的影响。 但是 Cr2O3/MgO 比值和 Al2O3/MgO 比值所起的作用不同。 Cr2O3 对 MgOCr2O3 砖的抗渣性和抗蠕变性起关键作用；而 Al2O3 对提高它们的高温抗折强度起了主要作用。 因此，调整 MgOCr2O3 砖组成中的 Cr2O3/MgO 比达到最合适的数值是取得优质高效 MgOCr2O3 砖的关键因素。 CaO/SiO2 比对镁质耐火材料相组合的影响 CaO 和 SiO2 及 CaO/ SiO2（简写为 C/S）比的影响 [2]。 镁质耐火材料的 C/S＜ 时， 与主晶相方镁石共存的结合相以钙镁橄榄石（ CMS）或（和）镁蔷薇辉石（ C3MS2）等 鞍山科技大学本科生毕业设计 第 8 页 低熔点的矿物存在。 提高 C/S 比，则会存在硅酸二钙（ C2S）和硅酸三钙（ C3S）高熔点 矿物。 因此，结合相对砖的高温强度有极大的影响。 镁质材料的 C/S 比应当控制在获得 强度最大值的最佳范围，否则就会形成低熔点硅酸盐，使强度显著下降。 将 MgO 和 C2S 的混合物加热至 1700℃ 以上时，发现 CaO 在 MgO 中溶解而引起 C/S 的下降。 MgOCaO 固溶体的生成导致 MgOCaOSiO2 三元系相关系发生变化，尤其对 SiO2 含量低的镁质原 料，高温下 CaO 在 MgO 中溶解所产生的影响更大。 尽管溶解很少，但由于 SiO2 含量低， 故 C/S 比的波动较之 SiO2 含量高的更大。 例如含 2% SiO2 的物料， C/S 为 ，这种混 合料在 1700℃ 冷却，实际析出的晶体有 C2S+C3MS2，而对含 1% SiO2 者析出 C2S+C3MS2。 倘若从加热溶化角度出发，则含 5% SiO2 的混合物直至 1800℃ ，其硅酸盐也不完全溶化， 而含 2% SiO2 者其硅酸盐在 1600℃ 已完全溶化，超过上述各温度只有 MgO 固溶体存在。 另外， SiO2（＜ %）和 B2O3 含量低的镁砂中， C/S 比值应该稍高些，以防止形成 低共溶点硅酸盐相。 就抗渣性考虑，对镁质材料来说，高的 C/S 比也是需要的。 因为在 氧气转炉中使用时， C/S 比高的镁砖对初期渣（氧化硅含量高）的抗侵蚀性更好。 表 22 镁质耐火材料的 CaO/SiO2 和相组合的关系 C/S 分子比 C/S 质量比 相组合 0 0 MgO M 2S 0— MgO M 2S MgO CMS 1— — MgO CMS。