Микроминералогический эшелон и свойства

Периклазовыми (магнезитовыми) называют огнеупоры, содержащие не менее 85 % оксида магния.

Огнеупорной основой периклазовых материалов служит периклаз MgO. Главные примеси (CaO, SiO 2 , Fe 2 O 3 ), содержащиеся в сырье, связаны в монтичеллит, форстерит и магнезиоферрит, из которых первые два образуют твердый раствор и являются по отношению к периклазу связующим минералом.

Последний распылен во всей массе кристаллов периклаза, образует с ним при высоких температурах твердый раствор и влияет на природу периклазовых изделий, поскольку изменяет состав и свойства основной фазы

– кристаллов периклаза. В соотношении CaO/SiО2 присутствует свободная известь.

Периклазовые огнеупорные материалы делят на штучные изделия и порошки. Главный вид штучных – это простые изделия, используемые для кладки разных печей, футеровка которых контактирует с расплавами металлов и основных шлаков.

Периклазовые порошки служат материалом для устройства подин металлургических печей и торкретирования, а также сырьем для производства периклазсодержащих изделий.

Сырьем для производства периклазовых огнеупоров служит горная порода магнезит.

Магнезит (горная порода) состоит исключительно из кристаллического минерала – магнезита MgCO₃. Чистый минерал магнезит содержит 47,6 % MgO и 52,4 % СО 2 , распространен чаще в виде крупнозернистых агрегатов. Магнезит образует непрерывный ряд твердых растворов с сидеритом МgFe(СО 3 ) 2 . При содержании в магнезите ≥ 30 % сидерита минерал называют брейнеритом. С кальцитом СаСО₃ магнезит образует двойное соединение – доломит СаСО 3 ⋅ MgCO 3 .

В производстве магнезиальных огнеупоров при выборе спекающих добавок предпочтение отдают материалам, которые с периклазом не увеличивают количество расплава в обжиге.

Для твердофазного спекания рекомендуют использовать добавки, ускоряющие и понижающие температуру спекания. Механизм действия таких добавок заключается в образовании дефектных твердых растворов со спекаемым материалом, вследствие чего происходит «разрыхление» кристаллической решетки с увеличением поверхностной энергии.

Свойства периклазовых изделий еще больше зависят от количества силикатной связки, которая в свою очередь определяется содержанием диоксида кремния. Приводимые ниже диаграммы состояния MgO с другими оксидами позволяют в первом приближении решать вопросы о минералогическом составе периклазовых изделий.

В окислительной атмосфере MgO и Fe 2 O 3 образуют магнезиоферрит MgO- Fe 2 O 3 (рис.1). Периклаз и магнезиоферрит при высоких температурах взаимно растворимы. С понижением температуры растворимость уменьшается (рис.1).

Добавка оксида железа к оксиду магния в этом случае ускоряет спекание и рекристаллизацию периклаза. Из диаграммы (1) становится понятным, почему оксид магния оказывается столь стойким к действию на него оксидов железа.

В системе MgO – Al203 – SiО2 наиболее легкоплавкая эвтектика, содержащая 20,3 % MgO; 18,3 % Al203; 61,4% SiО2, плавится при 1355 °С. Поэтому периклазовые изделия при высоких температурах не могут работать в контакте с алюмосиликатными, в том числе и шамотными изделиями.

В системе MgO–СаО–SiO 2 наиболее легкоплавкая эвтектика состава 8,0 % MgO; 61,4 % SiO 2 ; 30,6 % СаО плавится при 1320 °С. В этой системе имеется четыре тройных соединения: диопсид CaO–MgO–2 SiO₂, монтичеллит CaO–MgO–SiO 2 , мервинит 3CaO–MgO–2 SiO 2 и окерманит 2CaO–MgO–SiO 2 .

Эти соединения неогнеупорны, чем объясняется резко отрицательное влияние на качество периклазовых изделий одновременного присутствия оксидов кальция и кремнезема.

Периклазовые изделия изготовляют, как правило, из сравнительно тонкозернистых масс, а вязкость образующихся при обжиге расплавов значительно меньше, чем в шамотных или динасовых огнеупорах. Можно допустить, что при обжиге химические реакции протекают до конца, и достигается полное фазовое равновесие.

Термостойкость периклазовых изделий повышается при введении в шихту технического глинозема (5–8%).

При взаимодействии глинозема с периклазом образуется шпинель MgO-Al 2 0 3 . Такие изделия называют периклазовыми на шпинельной связке. С глиноземом и периклазом благородная шпинель образует твердые растворы широкого состава. Шпинель, как и периклаз, имеет высокую температуру плавления (2105 °С).

Рис. 1. Диаграмма состояния системы MgO – Fe 2 O 3