堿性耐火材料氧化鈣

氧化鈣在建筑材料中的應用:一種以氧化鈣為主要成分的氣 硬性無機膠凝材料。

石灰是用石灰石、白云石、白堊、貝殼等碳酸鈣含量高的原料，經900~1100℃煅燒而成。石灰是人類最早應用的膠凝材料。公元前8世紀古希臘人已用于建筑，中國也在公元前7世紀開始使用石灰。至今石灰仍然是用途廣泛的建筑材料。石灰有生石灰和熟石灰(即消石灰)，按其氧化鎂含量(以 5%為限)又可分為鈣質石灰和鎂質石灰。由于其原料分布廣，生產工藝簡單，成本低廉，在土木工程中應用廣泛。

原始的石灰生產工藝是將石灰石與燃料(木材)分層鋪放，引火煅燒一周即得?，F(xiàn)代則采用機械化、半機械化立窯以及回轉窯、沸騰爐等設備進行生產。煅燒時間也相應地縮短，用回轉窯生產石灰僅需2~4小時，比用立窯生產可提高生產效率5倍以上。近年來，又出現(xiàn)了橫流式、雙斜坡式及燒油環(huán)行立窯和帶預熱器的短回轉窯等節(jié)能效果顯著的工藝和設備，燃料也擴大為煤、焦炭、重油或液化氣等。

凡是以碳酸鈣為主要成分的天然巖石，如石灰?guī)r、白堊、白云質石灰?guī)r等，都可用來生產石灰。將主要成分為碳酸鈣的天然巖石，在適當溫度下煅燒，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化鈣(CaO)為主要成分的產品即為石灰，又稱生石灰。

在實際生產中，為加快分解，煅燒溫度常提高到1000~1100 氧化鈣

℃。由于石灰石原料的尺寸大或煅燒時窯中溫度分布不勻等原因，石灰中常含有欠火石灰和過火石灰。欠火石灰中的碳酸鈣未完全分解，使用時缺乏粘結力。過火石灰結構密實，表面常包覆一層熔融物，熟化很慢。由于生產原料中常含有碳酸鎂(MgCO3)，因此生石灰中還含有次要成分氧化鎂(MgO)，根據(jù)氧化鎂含量的多少，生石灰分為鈣質石灰(MgO≤5%)和鎂質石灰(MgO>5%)。

生石灰呈白色或灰色塊狀，為便于使用，塊狀生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏。生石灰粉是由塊狀生石灰磨細而得到的細粉，其主要成分是CaO;消石灰粉是塊狀生石灰用適量水熟化而得到的粉末，又稱熟石灰，其主要成分是Ca(OH)2;石灰膏是塊狀生石灰用較多的水(約為生石灰體積的3-4倍)熟化而得到的膏狀物.也稱石灰漿。其主要成分也是Ca(OH)2。

氧化鎂含量在90%以上、以方鎂石為主晶相的堿性耐火材料。一般可分為燒結鎂磚(又稱燒成鎂磚)和化學結合鎂磚(又稱不燒鎂磚)兩大類。純度和燒成溫度高的鎂磚，由于方鎂石晶粒直接接觸，稱為直接結合鎂磚;用電熔鎂砂為原料制成的磚稱為電熔再結合鎂磚。

鎂磚有較高的耐火度，很好的耐堿性渣性能，荷重軟化開始溫度高，但抗熱震性能差。燒結鎂磚以制磚鎂磚為原料，經粉碎、配料、混練、成型后，在1550~1600℃的高溫下燒成，高純制品的燒成溫度在1750℃以上。不澆鎂磚是在鎂砂中加入適當?shù)幕瘜W結合劑，經混煉、成型、干燥而制成。主要用于煉鋼堿性平爐、電爐爐底和爐墻，氧氣轉爐的永久襯，有色金屬冶煉爐，高溫隧道窯，煅燒鎂磚和水泥回轉窯內襯，加熱爐的爐底和爐墻，玻璃窯蓄熱室格子磚等。

鋼包是煉鋼工業(yè)中不可缺少的重要設備，作為鋼包內襯的耐火材料，發(fā)生了幾次大的變化。以前是采用傳統(tǒng)的經燒結而成的粘土磚和三等高鋁磚，這種耐火材料在使用過程中顯示出較差的耐剝落性和耐侵蝕性，使用壽命低，平均只有10次，經處理也只能達到20次左右。隨著煉鋼技術的發(fā)展，鋼水護外精煉對鋼包內襯耐火材料要求的提高，在20世紀即年代初，曾經推廣應用整體澆注鎂鋁質盛鋼桶內襯材質。這種內襯整體性好，顯著提高了使用壽命，但存在烘烤鋼包時間長，有較嚴重的掉渣現(xiàn)象，對于中小型鋼廠多數(shù)沒有專用設備的情況下，拆包困難。為了彌補這方面的不足，繼而成功的應用鋁鎂不燒磚。該襯磚筑砌容易，烘烤時間短和易拆包，但仍存在易戮渣和耐剝落性差的問題。在此基礎上，為了克服鋁鎂不燒磚鋼包內襯容易貓渣的問題，在即年代后期又研制了鋁鎂碳不燒磚，取代鋁鎂不燒磚。該材質綜合了鋁鎂材料和含碳材料的性能。鋁鎂碳不燒磚具有的主要優(yōu)點是:沒有磚縫熔損，具有較好的抗渣能力和抗熱振性，克服了鋼水和渣的滲透引起的結構剝落現(xiàn)象，使用壽命明顯提高等。該制品由于是不燒或低溫燒成，節(jié)約能源，降低了成本，經濟效益十分明顯，引起了人們的注意。

早在60年代，已經開發(fā)鎂鋁尖晶石磚，但未投放市場。為了解決鉻在生產和使用中的問題，日本在70年代推出了含尖晶石鎂磚。即往鎂砂中添加燒結尖晶石，并在隧道窯中高溫(1900C)燒成鎂尖晶石磚.以尖晶石替代氧化鉻和氧化鐵。那年代各種鎂鋁尖晶石磚紛紛問世，但其使用壽命不如鉻鎂磚。在弄清了損毀的原因后，此種磚的性能有了根本的改進，從而可以和鉻鎂磚相匹敵。

尖晶石(鎂鋁尖晶石)結合的鎂質制品的優(yōu)異性能，如抗渣性，抗剝落性及抗蠕變性能早已為人們所知。前蘇聯(lián)自1942年起已有研究，1964年已有產品開發(fā)，但是歐洲直到20世紀70年代末才對這種制品表現(xiàn)出較大的興趣，日本在1976年就開始在水泥工業(yè)中使用鎂鋁尖晶石磚。近年來，國際上對鎂鋁尖晶石及制品的研究日益增多。

中國在20世紀勸年代開始用礬土和菱鎂礦(或輕燒MgO)合成鎂鋁尖晶石原料的研究。近年來，還開展了一系列制取鎂鋁尖晶石結合鎂質制品工藝的研究，取得了不少成就，但是性能優(yōu)異的高純制品卻一直苦于高的燒成很度而受到限制。國內有人用活性尖晶石粉.把國外的超高溫燒成工藝(1 850c)降到1 660C。但是對于一般以煤為燃料的普通耐火窯爐而言，仍是難以做到的。為此，國內的耐火材料專家及學者將自制活性鎂鋁膠作為結合劑，研究了用活性鎂鋁膠作結合劑的高純鎂磚及尖晶石結合鎂磚的性能，利用鎂鋁膠的活性，使這兩種性能優(yōu)異的制品在1 550℃燒成，為在普通耐火廠的窯滬中燒制這類高級制品提供了可能。

中國某些大型鋼鐵企業(yè)的耐火材料研究者及專家近期研制并應用了鎂鋁尖晶石不燒磚。通過活性石灰回磚窯的生產實際，研制開發(fā)了鎂鋁尖晶石不燒磚。使用表明，研制的鎂鋁尖晶石不燒磚在活性石灰回轉窯的燒成使用壽命達1年以上。長時間以來，直接結合鎂鉻磚由干具有優(yōu)良的抗渣性和耐侵蝕性，被普遺用于大型堿性回轉窯。但隨著環(huán)保問題的日益嚴重，鎂鉻制品在使用后產生的六價鉻已成為世界公認的問題，為此，研究耐剝落性好，熱膨脹率低，組織脫化少及耐侵蝕的鎂鋁系耐火材料，作為鎂鉻系耐火材料最佳替代材料應用于堿性回轉窯。自20世紀初不定形耐火材料出現(xiàn)之后，就逐步在冶金行業(yè)得到廣泛的應用。今天，一些工業(yè)發(fā)達國家的不定型耐火產量幾乎占耐火材料總量的一半。目前鋼鐵行業(yè)應用范圍最廣，使用最最大的耐火材料是鎂鋁系不定型耐材，約占不定型耐材生產總量的85%，被廣泛應用在轉爐、鋼包、鐵包、加熱爐及高爐，幾乎遍及所有冶金熱工設備。

鎂鋁尖晶石(MgO·Al2O3 )具有較高的熔點、熱膨脹小、熱應力低、熱振穩(wěn)定性好，同時它具有較穩(wěn)定的化學性質，對堿性熔渣具有較強的抵抗能力，是鋁鎂不燒磚得以使用的核心點，是提高壽命的關鍵物質之一。由于近年來人工合成鎂鋁尖晶石技術的逐步成熟，使用合成好的尖晶石材料直接生產鋼包磚成為可能，可使其特性顯著提高。

鎂鋁尖晶石的質量是關系到鎂鋁尖晶石磚能否達到合適效果的關鍵問題之一。通過試驗室的試驗篩選和有關資料的介紹，富鎂尖晶石在20%一30%其抗侵蝕性、抗結構剝落性和抗熱振性能都比較好。但鋼包在生產操作過程中各種條件因素比較多，要求鎂鋁尖晶石加人量應在30%一40%較為合理。因此在制磚過程中，除加人生產好的人工尖晶石外，還必須加人電熔鎂鈔粉和剛玉粉，使之在使用過程中再生成二次尖晶石.從而提高磚體墓質部分的性能，為控制原料有害雜質特別是低熔點物Na20和K2O含量，原料的選用需特別注憊。

鎂鋁尖晶石(也稱尖晶石)的化學式為MgO-Al2O3,含Mg0為28.3%,Al2O3為71.7%。尖晶石僅是Mg0-Al2O3二元系統(tǒng)相圖中的一個中間化合物，其熔點為2 135 C.Bartha指出，鎂鋁尖晶石與鎂鉻尖晶石相比，主要優(yōu)點是對還原性氣氛如游離CO2，游離SO2/SO3及游離K2O/Na2O的抗蝕性強，以及具有較好的熱穩(wěn)定性與耐磨性。目前工業(yè)生產和使用的大部分尖晶石耐火材料Al2O3含量約在8%一15%之間。

耐火材料種類繁多，通常按耐火度高低分為普通耐火材料(1580~1770℃)、高級耐火材料(1770~2000℃)和特級耐火材料(2000℃以上);

按化學特性分為酸性耐火材料、中性耐火材料和堿性耐火材料。

此外，還有用于特殊場合的耐火材料。

酸性耐火材料以氧化硅為主要成分，常用的有硅磚和粘土磚。硅磚是含氧化硅93%以上的硅質制品，使用的原料有硅石、廢硅磚等，其抗酸性爐渣侵蝕能力強，荷重軟化溫度高，重復煅燒后體積不收縮，甚至略有膨脹;但其易受堿性渣的侵蝕，抗熱振性差。硅磚主要用于焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設備。粘土磚以耐火粘土為主要原料，含有30%~46%的氧化鋁，屬弱酸性耐火材料，抗熱振性好，對酸性爐渣有抗蝕性，應用廣泛。

中性耐火材料以氧化鋁、氧化鉻或碳為主要成分。含氧化鋁95%以上的剛玉制品是一種用途較廣的優(yōu)質耐火材料。以氧化鉻為主要成分的鉻磚對鋼渣的耐蝕性好，但抗熱振性較差，高溫荷重變形溫度較低。碳質耐火材料有碳磚、石墨制品和碳化硅質制品，其熱膨脹系數(shù)很低，導熱性高，耐熱振性能好，高溫強度高，抗酸堿和鹽的侵蝕，不受金屬和熔渣的潤濕，質輕。廣泛用作高溫爐襯材料，也用作 石油、化工的高壓釜內襯。

堿性耐火材料以氧化鎂、氧化鈣為主要成分，常用的是鎂磚。含氧化鎂80%~85%以上的鎂磚，對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土磚和硅磚高。主要用于平爐、吹氧轉爐、電爐、有色金屬冶煉設備以及一些高溫設備上。

在特殊場合應用的耐火材料有高溫氧化物材料，如氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯等，難熔化合物材料，如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等;高溫復合材料，主要有金屬陶瓷、高溫無機涂層和纖維增強陶瓷等。

耐火度高于1580℃的無機非金屬材料。耐火度指耐火材料錐形體試樣在沒有荷重情 況下，抵抗高溫作用而不軟化熔倒的攝氏溫度。耐火材料與高溫技術相伴出現(xiàn)，大致起源于青銅器時代中期。中國東漢時期已用粘土質耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀初，耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發(fā)展，同時出現(xiàn)了完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纖維?，F(xiàn)代，隨著原子能技術、空間技術、新能源技術的發(fā)展，具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱振、耐沖刷等綜合優(yōu)良性能的耐火材料得到了應用。

堿性耐火材料basic refractory以CaO、MgO堿土氧化物為主要成分的耐火材料。通常指鎂質耐火材料、白云石質耐火材料以及石灰質耐火材料。

主要有以下幾類:

(1)強堿性的鎂磚、鎂炭磚、白云石磚及石灰質耐火材料。

(2)弱堿性的鉻鎂質耐火材料、鎂橄欖石質耐火材料以及鎂鋁、鎂鉻等尖晶石耐火材料。

堿性耐火材料在高溫下對堿性爐渣、堿性熔劑抵抗力強，但對酸性爐渣、酸性熔劑或酸性耐火材料起化學反應。主要用于堿性煉鋼爐和有色金屬冶煉爐，以及水泥窯等。