Механізми адаптації периклазошпінельних вогнетривів до термоударів

Abstract

У групі периклазошпінельних вогнетривів відбувається зміна динаміки попиту на магнезітохромітові та хромомагнезитові вогнетриви, у фазовому складі яких є MgCr₂O₄ – магнезіальнохромиста шпінель, що зумовлено екологічною небезпекою будь-яких сполук шестивалентного хрому. Зазначені причини стимулюють пошук альтернативних вогнетривів для заміни хромовмісних. Периклазошпінельні вогнетриви системи MgO – MgAl₂O₄ погано змочуються розплавом цементного клінкеру і футерування з них не набирає гарнісаж (обмазку), що є обов'язковою технічною вимогою. Потрібна була розробка нового виду периклазошпінельних вогнетривів на основі більш багатокомпонентних оксидних систем. При цьому повинно вирішуватися завдання забезпечення їхньої високої термостійкості. Таким чином, дослідження механізмів адаптації матеріалів системи MgO – Al₂O₃ – FeO – TiO₂, які протидіють термічним напругам у вогнетриві, є актуальним. Розроблено новий периклазошпінельний вогнетривкий матеріал, фазовий склад якого модифікований FeO- і TiO₂-вмісною заздалегідь синтезованою добавкою. Вогнетриви з розробленого матеріалу відповідають технічним вимогам, що визначають експлуатаційну надійність під час застосування для футерування високотемпературних зон обертових печей випалу портландцементного клінкеру. Термостійкість матеріалу визначається його здібностями протидіяти термічним напругам, обумовлених невільним розширенням/стисненням окремих структурних блоків матеріалу і є причиною порушення його суцільності та подальшого руйнування. Окремі механізми адаптації продемонстровано та обговорено за результатами аналізу рентгенофазових та електронномікроскопічних досліджень. Деякі з обговорених механізмів нетрадиційні для технологічної практики тугоплавких неметалевих матеріалів та доповнюють інструментарій матеріалознавців. Досягнуті результати та деякі технологічні способи забезпечення термостійкості мають ознаки універсальності та можуть застосовуватись для різних видів гетерофазних тугоплавких неметалевих матеріалів.In the group of periclase spinel refractories, the dynamics of demand for magnesite-chromite and chromium-magnesite refractories, which contain MgCr₂O₄ – magnesia-chromium spinel – in their phase composition, is changing, due to the environmental hazard of any hexavalent chromium compounds. These reasons stimulate the search for alternative refractories to replace chromium-containing ones. Periclase-spinel refractories of the MgO – MgAl₂O₄ system are poorly wetted by cement clinker melt and the lining made of them does not gain a garnish (coating), which is a mandatory technical requirement. It was necessary to develop a new type of periclase-spinel refractories based on more multicomponent oxide systems. At the same time, the task of ensuring their high heat resistance should be solved. Thus, the study of the mechanisms of adaptation of materials of the MgO – Al₂O₃ – FeO – TiO₂ system, which counteract thermal stresses in refractories, is relevant. A new periclase-spinel refractory material has been developed, the phase composition of which is modified by a FeO- and TiO₂-containing pre-synthesized additive. Refractories made of the developed material meet the technical requirements that determine operational reliability when used for lining high-temperature zones of rotary kilns for firing Portland cement clinker. The thermal resistance of a material is determined by its ability to withstand thermal stresses caused by the involuntary expansion/contraction of individual structural blocks of the material and causing its breakdown and subsequent destruction. Some mechanisms of adaptation are demonstrated and discussed based on the results of the analysis of X-ray and electron microscopic studies. Some of the discussed mechanisms are unconventional for the technological practice of refractory nonmetallic materials and complement the toolkit of materials scientists. The achieved results and some technological methods of ensuring thermal stability have signs of universality and can be used for various types of heterophase refractory nonmetallic materials.