MgO-Fe_2O_3 2成分系の高MgO領域におけるMgOssとMgFe_2O_4の2相共存

概要

論文の詳細を見る
CaOをおよそ65mass%含むセメントの主要製造設備であるロ一夕リキルンでは,セメント原料の温度がおよそ1450℃にまで達する焼成帯と,その前後の脱着帯と冷却帯にはそれに対して化学的に安定な塩基性煉瓦の使用が必要である.そして,脱着帯及び冷却帯ではセメント原料中に少量の融液が含まれる温度条件になるため,塩基性煉瓦壁面でセメント原料が頻繁に付着とはく離を繰り返す.これに対して,焼成帯では多量の融液が生成するため,この壁面にセメント原料が比較的安定に付着する.このように,セメント製造時のロ一夕リキルン内部ではその部位ごとに特徴的な現象が起きるので,塩基性煉瓦にはそれぞれに対応する物理的及び化学的性質が求められ,適合しないときにはその損耗が激しく,寿命が短くなる.MgOとAl_2O_3を主成分とするマグネシアスピネル塩基性煉瓦は,マグネシアクリンカーとアルミナマグネシアスピネルクリンカーを主原料として,1700℃以上で焼成して製造される.この耐火煉瓦は熱衝撃に強く,セメント原料の付着とはく離に伴う温度変動が頻繁に起きる脱着帯と冷却帯で優れた耐久性を示す.一方,耐食性がマグネシアクロム煉瓦に劣るため,セメント原料中に多くの融液が含まれる焼成帯では使用が制限されるが,この欠点はFe_2O_3の添加により大きく改善される.更に,マグネシアクロム煉瓦にはCr_2O_3が含まれるが,その使用の過程でCr_2O_3の一部が6価に変化するため,環境保全の観点からこれに代わる塩基性煉瓦が望まれている.1961年Phillipsらは上記塩基性煉瓦に関係の深いMgo-Fe_2O_3 2成分系状態図を発表したが,1967年にWillsheeらによりこの状態図は部分的に改訂された.図1にはPhillipsらの2成分系状態図を破線で示し,Willsheeらが提案した境界線を実線で加えた.Phillipsらの状態図によれば,MgOssとMgOss+MgFe_2O_4の境界線は1010℃付近で温度軸に接する(以後,境界線端と表す).Willsheeらは30mass%Fe_2O_3以下の高MgO領域の検討はしていないが,相境界がより高温側にある可能性を示唆した.KatsuraとKimuraは1160℃におけるMgO-FeO-Fe_2O_3 3成分系状態図を,次にSpeidelは1300℃におけるこの系の状態図を発表した.図2と図3によれば,Wustite:FeO及びMagnesiowustite:(Mg_xFe_y)Oには2価と3価の鉄イオンが混在し,それらの比率は酸素分圧に依存するが,大気下ではそのほぼ全量が3価であることが分かる.したがって,(Mg_xFe_y)Oの表記において酸素の量を1とした場合,x+yは1より小さい値になる.以後,本研究ではMagnesiowustite:(Mg_xFe_y)OをMgOssと表すことにする.図2と図3の高MgO領域における境界線はいずれも破線で示され,確定していない.これは,上記3成分系の境界線は酸素の等圧線の変化から決められたが,高MgO領域では等圧線の変化がきわめて小さく,境界線が正確に決定できないためである.しかし,これらの状態図の境界線は1160℃では100%MgO付近に,また,1300℃ではMgO-Fe_2O_3線上に接する方向を示唆している.Phillipsらの研究は急冷法で得た試料をXRDで同定する方法で行われた.これに対して,高温XRDは所定温度における材料の状態を直接評価するので,急冷法より正確な情報を得ることができる.また,KatsuraらやSpeidelの研究手法に比べて,一層正確に相の状態を知る手段である.更に,相の状態ばかりでなく,高温下の格子定数を求めるのにも適している・本研究では,セメントロータリキルンの焼成帯に使用するFe_2O_3を添加したマグネシアスピネル煉瓦の品質改善に資する目的で,キルン内の雰囲気を大気に近似する酸素分圧と想定し,高温XRDを用いて大気下,MgO-Fe_2O_3 2成分系のWillsheeらが検討しなかった20mass%Fe_2O_3以下の高MgO領域における相関係を精査した.その結果,上述の相に関係し,Fe_2O_3を含むマグネシアスピネル煉瓦の品質向上につながる有用な知見が得られた.
社団法人日本セラミックス協会の論文
2003-11-01

MgO-Fe_2O_3 2成分系の高MgO領域におけるMgOssとMgFe_2O_4の2相共存

スポンサーリンク

概要

著者

関連論文

スポンサーリンク