Dobór i kształtowanie właściwości materiałów ogniotrwałych na bazie MgO

• Autorzy: Śnieżek E. , Prorok R. , Szczerba J.

Warianty tytułu

EN

The role of selected spinels and perovskites type compounds in creating properties of magnesia-based refractories

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono główne aspekty odgrywające kluczową rolę w procesie doboru materiałów ogniotrwałych, które bierze się pod uwagę w trakcie projektowania obmurzy ogniotrwałych. Analizę przeprowadzono na przykładzie modyfikowanych magnezjowych materiałów ogniotrwałych mogących stanowić wykładzinę strefy wysokotemperaturowej pieca obrotowego do produkcji klinkieru portlandzkiego. Przedmiotem pracy były materiały magnezjowe, których głównymi składnikami fazowymi był MgO, CaZrO3 oraz kilku procentowy dodatek MgAl2O4. Omówiono proces powstawania klinkieru portlandzkiego, warunki pracy materiałów ogniotrwałych, główne czynniki korozyjne, równowagi fazowe i właściwości komponentów – MgO, CaZrO3 i MgAl2O4. Otrzymane materiały scharakteryzowano pod kątem ich właściwości fizycznych i odporności korozyjnej. Wskazano rolę CaZrO3 i MgAl2O4 w kształtowaniu właściwości materiałów magnezjowych. Stwierdzono, że MgAl2O4 wpływa korzystnie na kształtowanie właściwości magnezjowych materiałów ogniotrwałych zawierających CaZrO3, podnosząc ich odporność na nagłe zmiany temperatury oraz ułatwiając tworzenie się na ich powierzchni stabilnego napieku ochronnego.

EN

The article discusses the main aspects that play a key role in the refractory selection process and are considered in the design of refractory linings. The analysis was carried out on the example of modified magnesia refractories which could be the high-temperature zone lining of the cement rotary kiln. Magnesia refractories are a subject of the work, in that MgO, CaZrO3 and a few percentage of MgAl2O4 were the main phase components. The process of Portland clinker formation, working conditions of refractory materials, main corrosive factors, phase equilibria, and component properties are discussed. The obtained materials were characterized for their physical properties and corrosion resistance. The role of CaZrO3 and MgAl2O4 in shaping the properties of magnesium materials was indicated. It has been found that MgAl2O4 positively influences the properties of magnesium refractory materials composed of CaZrO3, increasing their resistance to thermal shocks, and facilitating the formation of a stable protective coating on them.

Słowa kluczowe

PL

materiały ogniotrwałe; materiały zasadowe; MgO; MgAl2O4; CaZrO3

EN

refractory materials; basic refractories; MgO; MgAl2O4; CaZrO3

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 4
• Strony: 335--342
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Śnieżek E.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Prorok R.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Szczerba J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Szczerba, J.: Modyfikowane materiały ogniotrwałe, Ceramika/Ceramics, 99, (2007).
• [2] Czechowski, J.: Przemysł materiałów ogniotrwałych na świecie i w Polsce – stan i kierunki rozwoju, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 67, 3, (2015), 337-341.
• [3] Szczerba, J.: Klasyfikacja materiałów ogniotrwałych według zunifikowanych norm europejskich, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 1, (2006), 6-16.
• [4] Nadachowski, F.: Zarys technologii materiałów ogniotrwałych, Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice, (1995).
• [5] Schacht, C. A: Refractories Handbook, Marcel Dekker, Inc. New York, (2004).
• [6] Routschka, G.: Pocket Manual of Refractory Materials: Basics-Structures-Properties, 2nd edition, Vulkan-Verlag Essen, (2004).
• [7] Nadachowski, F., Kloska, A.: Refractory wear processes, Wydawnictwo AGH, Kraków, (1997).
• [8] Surendranathan, A. O.: An introduction to ceramics and refractories, CRC Press, Boca Raton, (2015).
• [9] Szymaszek, M., Szczerba, J., Zelik, W.: Kierunki rozwoju materiałów ogniotrwałych dla przemysłu cementowo-wapienniczego, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 63, 3, (2011), 608-613.
• [10] Kurdowski, W.: Chemia cementu i betonu, Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków, (2010).
• [11] Kurdowski, W.: Poradnik technologa przemysłu cementowego, Wyd. Arkady, Warszawa, (1981).
• [12] Bartha, P., Klischat, H. J.: Present state of the refractory lining for cement kilns, CN-Refractories, 6, 3, (1999), 31-38.
• [13] Lee, W. E., Moore, R. E.: Evolution of in-situ refractories in the 20th century, J. Am. Ceram. Soc., 81, 6, (1998), 1385-1410.
• [14] Bray, D. J.: Toxicity of chromium compounds formed in refractories, Am. Ceram. Soc. Bull., 64, (1985), 1012-1016.
• [15] Riedel, R., Chen, I-Wei: Ceramics Science and Technology Volume 2, Properties, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, (2010).
• [16] Szymaszek, M., Szczerba, J., Zelik, W.: Kierunki rozwoju materiałów ogniotrwałych dla przemysłu cementowo-wapienniczego, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 63, 3, (2011), 608-613.
• [17] Liu, G., Li, N., Yan, W., Gao, G., Zhou, W., Li, Y.: Composition and microstructure of a periclase-composite spinel brick used in the burning zone of a cement rotary kiln, Ceram. Int., 40, (2014), 8149-8155.
• [18] Szczerba, J., Pędzich, Z., Nikiel, M., Kapuścińska, D.: Influence of raw materials morphology on properties of magnesia-spinel refractories, J. Eur. Ceram. Soc., 27, (2007), 1683-1689.
• [19] Szczerba, J.: Chemical corrosion of basic refractories by cement kiln materials, Ceram. Int., 36, (2010), 1877-1885.
• [20] Ghanbarnezhad, S., Nemati, A., Bavand-Vandchali, M., Naghizadeh, R.: New development of spinel bonded chrome-free basic brick, J. Chem. Eng. Mater. Sci., 4, 1, (2013), 7-12.
• [21] Hallstedt, B.: Thermodynamic Assessment of the System MgO-Al2O3, J. Am. Ceram. Soc., 75, 6, (1992), 1497-1507.
• [22] Liu, J. P., Wang, Y. J., Tian, Q., Zhang, S. Z.: Modeling hydration process of magnesia based on nucleation and growth theory: The isothermal calorimetry study, Thermochimica Acta, 550, (2012), 27- 32.
• [23] Jastrzębska, I., Szczerba, J., Prorok, R., Śnieżek, E.: An experimental study on hydration of various magnesia raw materials, Ceramics – Silikáty, 59, 1, (2015), 48-58.
• [24] Salomão, R., Bittencourt, L. R. M., Pandolfelli, V. C.: A novel approach for magnesia hydration assessment in refractory castables, Ceram. Int., 33, (2007), 803-810.
• [25] Sutcut, M., Akkurt, S., Okur, S.: A microstructural study of surface hydration on a magnesia refractory, Ceram. Int., 36, (2010), 1731-1735.
• [26] Salomão, R., Arruda, C. C., Kawamura, M. A.: A systemic investigation on the hydroxylation behavior of caustic magnesia and magnesia sinter, Ceram. Int., 41, (2015), 13998-14007.
• [27] Fruhwirth, O., Herzog, G. W., Hollerer, I., Rachetti, A.: Dissolution and hydration kinetics of MgO, Surface Techn., 24, (1985), 301-317.
• [28] Dravid, V. P., Sung, C. M., Notis, M. R., Lyman, C. E.: Crystal symmetry and coherent twin structure of calcium zirconate, Acta Cryst. Sec. B, 45, (1989), 218-227.
• [29] Ross, N. L., Chaplin, T. D.: Compressibility of CaZrO3 perovskite: comparison with Ca – oxide perovskites, J. Solid State Chem., 172, (2003), 123-126.
• [30] Yin, Y., Argent, B. B.: The phase diagrams and thermodynamics of the ZrO2-CaO-MgO and MgO-CaO systems, J. Phase Equil., 14, 5, (1993) 588-600.
• [31] Jastrzębska, I., Szczerba, J., Prorok, R., Śnieżek, E.: Hydrotermalna hydratacja wybranych kruszyw ogniotrwałych zawierających cyrkonian wapnia, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 66, 3, (2014) 310-315.
• [32] Liddle, J., Brett, N. H.: Phase Equilibria in the System CaO-MgO-Al2O3-ZrO2, British Ceram. Trans. J., 84, 4, (1985), 128-134.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).