不同熔炼工艺对电熔方镁石的影响

2019-10-14罗旭东王春新

无机盐工业 2019年10期

郑玉，罗旭东，王春新，钱峰

（1.辽宁科技大学高温材料与镁资源工程学院，辽宁鞍山114051；2.鞍钢股份有限公司技术中心）

电熔方镁石又称电熔镁砂，是一种纯度高、熔点高、结构致密的碱性耐火材料。电熔方镁石可通过对菱镁矿或轻烧氧化镁在电熔炉中熔炼获得，在冶金用耐火材料和其他行业有着广泛的应用［1-2］。电熔炉产生的轴向温度通常超过10000℃［3］，因此菱镁矿可以熔化成镁砂。化学反应过程如下:用空心石墨棒作为电极，研究直流电压和交流电压对电熔方镁石结晶的影响，改变不同的熔炼工艺来改善炉料飞溅现象。为中国的电熔方镁石生产中存在的工艺水平低、电熔设备简陋、生产环境差、能源浪费等问题的解决提供依据［6-7］。

1 实验部分

菱镁矿分解过程中产生大量气体，且电弧产生的高温会引起严重的气体膨胀。因此，电熔炉内气体膨胀引发矿石飞溅，会有高温炉料喷出。通过完善电熔炉的结构在不减少电弧长的同时降低炉内气体压力，从而抑制炉料飞溅的现象［4-5］。本文通过采

1.1 试样制备

将破碎后的菱镁矿投入电熔炉中进行电熔实验。待冷却24 h后，取出电熔坯体进行切割，在同一个横切面上由中心向外依次选取5个点（与中心距离分别为 2、4、6、8、10 cm）进行切割取样。由于电熔方镁石的气孔比较大，在观察微观结构之前需要对试样进行煮胶处理。

1.2 检测与表征

按照GB/T 2997—2015《致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法》检测试样的体积密度和显气孔率；采用Xpert-Powder型X射线衍射仪对试样的物相组成进行分析（扫描范围为10～90°）；采用Zeiss-IGMA HD型场发射扫描电子显微镜分析试样断口的微观形貌。

2 结果与讨论

2.1 不同熔炼工艺对电熔方镁石体积密度和显气孔率的影响

图1、图2分别为不同熔炼工艺的电熔方镁石体积密度与显气孔率。从图1、2可以看出，同一种工艺熔炼出的电熔方镁石随着取样位置外移（其中10 cm处为皮砂位置），电熔方镁石的体积密度先增大后减小、显气孔率先减小后增加。在靠近皮砂部分体积密度最大、显气孔率最小。这是由于结晶尺寸不同导致，在靠近皮砂位置有较大的温度差，优先成核生长，发育成比较完整的晶粒，所以电熔方镁石的致密度高。

不同工艺对电熔方镁石的体积密度和显气孔率也有较大影响。从图1、2看出，交流空心电极工艺的试样体积密度最大、显气孔率最小。在菱镁矿电熔过程中会产生大量的气体。在熔融初期电熔坯体结构致密度差，气体排出顺畅，熔融中后期坯体结构致密，气体难以排出。空心电极可提供气体排出通道，气体排出顺畅，致使显气孔率小，结构致密。

图1 不同熔炼工艺电熔方镁石的体积密度

图2 不同熔炼工艺电熔方镁石的显气孔率

2.2 不同熔炼工艺对电熔方镁石的物相组成的影响

图3 ～6分别为不同熔炼工艺的电熔方镁石XRD谱图。从图3～6看出，物相几乎全部由方镁石组成，随着与电熔坯体中心距离的增加，方镁石的衍射峰强度先增大后减小，在靠近皮砂位置衍射峰强度最大。因此随着融坨中心到皮砂方镁石晶粒尺寸先增大后减小，靠近皮砂位置晶粒尺寸最大。且选用交流空心电极的电熔方镁石衍射峰高度大于其他工艺。

图3 直流空心电极制备电熔方镁石XRD图

图4 直流实心电极制备电熔方镁石XRD图

图5 交流空心电极制备电熔方镁石XRD图

图6 交流实心电极制备电熔方镁石XRD图

2.3 交流空心电极不同位置方镁石显微结构

图7 交流空心电极制备电熔方镁石SEM图

图7 是交流空心电极制备电熔方镁石的SEM图。从图7可以看出，主晶相为方镁石，晶体尺寸较大，晶界解理发育良好，晶界平直，晶界的硅酸盐相很少，且呈点状分布。方镁石在成核相变过程中有滞后的现象，需要一定的过冷度和过饱和度才能发生，当温度低于临界温度时，方镁石有微晶析出。在靠近皮砂位置由于有较大的温度差，能够利于成核生长，形成大晶粒尺寸的方镁石。