Fe_2O_3微粉添加对MgO_CaO系耐火材料烧结性能及抗水(3)

Fe_2O_3微粉添加对MgO_CaO系耐火材料烧结性能及抗水化性能的影响

第11期孙　勇等:Fe2O3微粉添加对MgO2CaO

系耐火材料烧结性能及抗水化性能的影响

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CaO系材料的烧结起到重要的作用,而液相结构又

取决于其组成和所含阳离子和阳离子的相互作用能

的大小[10]。阴阳离子间的相互作用能E,可以按式(4)近似计算。

E=

2

e

n(r1+r2)

(4)

式中,Z1和Z2为阳离子与氧离子电价;r1和r2为阳离子与氧离子半径;e为电子基本电量;n为氧离子配位数。只有当加入的阳离子与氧离子的E/e2处于某一范围内,才有利于烧结。对于MgO,添加物的E/e2在0.4～017能有效的促进MgO的烧结;对于CaO,添加物的E/e2在015～110能有效地促进CaO的烧结。将相关数据带入式(4)并计算可以得出Fe2O3的E/e2值为0152,因此添加Fe2O3微粉可以有效地促进MgO2CaO系耐火材料的烧结。但是Fe2O3的加入量多,通过CaO2Fe2[9的增加,液相量

Fe2O3和23,导致MgO2CaO系耐火材料

,严重影响其抗侵蚀性能和高温强度

。

化性能。

MgO2CaO系耐火材料在其烧结过程中,MgO和CaO晶格内存在VO2-、VCa2+和VMg2+空位,这些空位可与添加剂中的阳离子缔合形成复合体。复合体的扩散活化能比单独离子的低,扩散相对容易进行。当VCa2+和VMg2+分别与Fe3+接触时,生成VMg2+-Fe2O3或VCa2+-Fe2O3复合体,如式(2)和(3)所示。当它们与扩散来的VO2-接触时,复合体放出VMg2+或VCa2+并与VO2-生成双空位。上述过程如此反复,促进质量传递从而促进烧结。

(2)Fe2O3+CaO=2FeCa+V”Ca+OO

(3)Fe2O3+MgO=2FeMg+V”Mg+OO

由图5可见,随着烧结温度的升高,MgO2CaO系材料中的CaO组分会与Fe2O3反应,生成一系列的CaO2Fe2O3系化合物,其中2CaO Fe2O3的熔

[9]

点仅为1438℃。液相的生成及其结构对MgO2

图5　CaO2Fe2O3系相图

Fig.5　PhasediagramforCaO2Fe2O3system

3　结论

(1)当Fe2O3在0～3%时,随着Fe2O3的增

加,体积密度先增加再减小,显气孔率则先减小后增

加,两者均在Fe2O3为1%处出现极值。当Fe2O3在012%～015%的范围时,试样的显气孔率和体积密度变化最明显。

(2)Fe2O3微粉和CaO反应生成2CaO Fe2O3液相,促进了MgO2CaO系耐火材料的烧结,其包裹在CaO和MgO晶粒周围,减少了H2O与其接触的机会,提高了材料的抗水化性能。