MgO–CaO–Cr₂O₃ composition as a novel refractory brick: Use of Cr₂O₃ nanoparticles

摘要

At this study the effect of Cr₂O₃ nanoparticles (up to 3?wt.%) on the physical and mechanical properties of MgO–CaO refractory composition with emphasis on the hydration resistance improvement have been investigated. Specimens pressed at 90?MPa then were sintered at 1650?°C for 5?h in an electric furnace. Properties such as bulk density, apparent porosity, cold crushing strength and hydration resistance were examined. The crystalline phases and microstructure characteristics of sintered specimens were studied by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM/EDS), respectively. Results shown that add of the 1.5?wt.% Cr₂O₃ nanoparticles have the best results i.e. increased the bulk density (3.41?g/cm3), cold crushing strength (848?kg/cm2), hydration resistance (1.5%) and decreased apparent porosity (5.58%), respectively. The mechanism of specimens hydration resistance improvement are: (i) decreasing the amount of free CaO and MgO with converted to high hydration resistance phases such as CaCr₂O₄ and MgCr₂O₄ phases, (ii) promotion of the densification as well as (iii) modification of the microstructure. Resumen En este trabajo se ha estudiado el efecto de la adición de nanopartículas de Cr₂O₃ (hasta un 3% en peso) en las propiedades físicas y mecánicas de refractarios de MgO-CaO, poniendo especial énfasis en la mejora de la resistencia a la hidratación. Las muestras fueron prensadas a 90?MPa y posteriormente sinterizadas a 1.650?°C durante 5?h en un horno eléctrico. Se han evaluado propiedades tales como la densidad y la porosidad aparente, la resistencia a la compresión en frío y la resistencia a la hidratación. Las fases cristalinas y las características microestructurales de las muestras sinterizadas se han estudiado mediante difracción de rayos-X (DRX) y microscopia electrónica de barrido (MEB/EDS), respectivamente.Los mejores resultados se han obtenido con una adición del 1,5% en peso de nanopartículas de Cr₂O₃, lo cual incrementa la densidad aparente (3, 41 g/cm3), la resistencia a la compresión en frío (848 kg/cm2) y la resistencia a la hidratación (1,5%), y disminuye la porosidad aparente (5,58%), respectivamente.Los mecanismos de mejora de la resistencia a la hidratación son: 1) disminución de la cantidad de CaO y MgO libre mediante la conversión a fases altamente resistentes a la hidratación, como son las fases CaCr₂O₄ y MgCr₂O₄; 2) fomento de la densificación, y 3) modificación de la microestructura.