鎂鋁質(zhì)耐火材料

6、鎂鋁耐火材料制品

鋼包是煉鋼工業(yè)中不可缺少的重要設(shè)備，作為鋼包內(nèi)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(jīng)燒結(jié)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(jīng)處理也只能達(dá)到20次左右。隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，鋼水護(hù)外精煉對鋼包內(nèi)襯耐火材料要求的提高，在20世紀(jì)即年代初，曾經(jīng)推廣應(yīng)用整體澆注鎂鋁質(zhì)盛鋼桶內(nèi)襯材質(zhì)。這種內(nèi)襯整體性好，顯著提高了使用壽命，但存在烘烤鋼包時(shí)間長，有較嚴(yán)重的掉渣現(xiàn)象，對于中小型鋼廠多數(shù)沒有專用設(shè)備的情況下，拆包困難。為了彌補(bǔ)這方面的不足，繼而成功的應(yīng)用鋁鎂不燒磚。該襯磚筑砌容易，烘烤時(shí)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(chǔ)上，為了克服鋁鎂不燒磚鋼包內(nèi)襯容易貓?jiān)膯栴}，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(zhì)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(diǎn)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(jié)構(gòu)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?zé)?，?jié)約能源，降低了成本，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，引起了人們的注意。

早在60年代，已經(jīng)開發(fā)鎂鋁尖晶石磚，但未投放市場。為了解決鉻在生產(chǎn)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(jié)尖晶石，并在隧道窯中高溫(1 900C)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(jìn)，從而可以和鉻鎂磚相匹敵。

尖晶石(鎂鋁尖晶石)結(jié)合的鎂質(zhì)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(chǎn)品開發(fā)，但是歐洲直到20世紀(jì)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。

我國在20世紀(jì)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(jié)合鎂質(zhì)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(nèi)有人用活性尖晶石粉.把國外的超高溫?zé)晒に?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(nèi)的耐火材料專家及學(xué)者將自制活性鎂鋁膠作為結(jié)合劑，研究了用活性鎂鋁膠作結(jié)合劑的高純鎂磚及尖晶石結(jié)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(jí)制品提供了可能。

國內(nèi)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(yīng)用了鎂鋁尖晶石不燒磚。通過活性石灰回磚窯的生產(chǎn)實(shí)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(zhuǎn)窯的燒成使用壽命達(dá)1年以上。長時(shí)間以來，直接結(jié)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(zhuǎn)窯。但隨著環(huán)保問題的日益嚴(yán)重，鎂鉻制品在使用后產(chǎn)生的六價(jià)鉻已成為世界公認(rèn)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(yīng)用于堿性回轉(zhuǎn)窯。自20世紀(jì)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(yīng)用。今天，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的不定型耐火產(chǎn)量幾乎占耐火材料總量的一半。目前鋼鐵行業(yè)應(yīng)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(chǎn)總量的85%，被廣泛應(yīng)用在轉(zhuǎn)爐、鋼包、鐵包、加熱爐及高爐，幾乎遍及所有冶金熱工設(shè)備。

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

鎂鋁尖晶石的質(zhì)量是關(guān)系到鎂鋁尖晶石磚能否達(dá)到合適效果的關(guān)鍵問題之一。通過試驗(yàn)室的試驗(yàn)篩選和有關(guān)資料的介紹，富鎂尖晶石在20%一30%其抗侵蝕性、抗結(jié)構(gòu)剝落性和抗熱振性能都比較好。但鋼包在生產(chǎn)操作過程中各種條件因素比較多，要求鎂鋁尖晶石加入量應(yīng)在30%一40%較為合理。因此在制磚過程中，除加入生產(chǎn)好的人工尖晶石外，還必須加入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(zhì)部分的性能，為控制原料有害雜質(zhì)特別是低熔點(diǎn)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(xué)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(gè)中間化合物，其熔點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)，以及具有較好的熱穩(wěn)定性與耐磨性。目前工業(yè)生產(chǎn)和使用的大部分尖晶石耐火材料Na2O含量約在8%一15%之間。

鎂鋁尖晶石磚的生產(chǎn)工藝如下。

鎂砂(或電熔鎮(zhèn)鋁尖晶石砂)-破粉碎-篩分(細(xì)磨-細(xì)粉）-原料-混練-成形-干燥-高溫?zé)?制品

鎂鋁尖晶石生產(chǎn)工藝過程如下。

鎂砂和電熔鎂鋁尖晶石砂按工藝進(jìn)行破粉碎，使骨料顆粒組成和細(xì)粉細(xì)度達(dá)到工藝要求.將制備好的骨料和細(xì)粉按工藝要求嚴(yán)格進(jìn)行稱量配料，加入一定里結(jié)合劑;在混碾機(jī)內(nèi)混合15一20 min,摩擦壓磚機(jī)上成型，半成品經(jīng)8一16 h干燥;將干燥好的磚坯裝人隧道窯內(nèi)燒成，最高燒成溫度1660一1680C.

鎂鋁尖晶石不燒磚原料選用中檔燒結(jié)鎂砂、預(yù)合成的鎂鋁尖晶石、硅微粉和氧化鋁微粉。

由于不燒磚不浦要高溫?zé)?，?jīng)過烘烤便可直接砌筑使用，因此對不燒磚的常溫強(qiáng)度要求比較嚴(yán)格，所用結(jié)合劑也要滿足:對以鎂砂為主要組成的不燒磚有良好的結(jié)合作用，壓制的磚坯要有足夠的出模強(qiáng)度，烘烤后達(dá)到40 MPa以上常溫強(qiáng)度，滿足運(yùn)輸、砌筑要求;結(jié)合劑便于使用.不使生產(chǎn)工藝復(fù)雜化:結(jié)合劑的結(jié)合性能應(yīng)強(qiáng)，加入量要少，以免大幅度降低不燒磚的高溫性能。

目前通常選擇兩種結(jié)合劑:一種是水玻璃溶液，并采用氟硅酸鈉作硬化劑;另一類是聚磷酸鹽作為結(jié)合劑，加入量在0.8%一1.0%時(shí)，經(jīng)200T x 24 h處理后的常溫耐壓強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到功80MPa;而以水玻璃和氟硅酸鈉混合液作結(jié)合劑時(shí)，因加入量較大。從理論上說，會(huì)因引人太多的Na2O而影響制品的高溫性能。

對鎂質(zhì)耐火材料，以聚磷酸鹽作為結(jié)合劑時(shí)，其與鎂砂生成的Mg(H2PO4)2、Mg(PO3)2、MgHPO4和Mg2HP2O4熔點(diǎn)都很高，在加熱過程中又可發(fā)生有助于提高材料強(qiáng)度的聚合作用，不會(huì)發(fā)生相變而使結(jié)合體的結(jié)構(gòu)疏松，從而使其在常溫到中溫的強(qiáng)度均較高。從生產(chǎn)工藝方面看，聚磷酸鹽即可以固態(tài)加入，也可以溶于水以液態(tài)方式加入，使用時(shí)更為方便簡單，能適應(yīng)大工業(yè)生產(chǎn)的需要，但生產(chǎn)成本稍高。

尖晶石加入量的確定:將富鎂尖晶石以粉料形式引人到不燒磚中，目的是為了在不燒磚基質(zhì)中預(yù)里一部分尖晶石晶核，使鎂砂與氧化鋁微粉以此晶核為基礎(chǔ)，在使用過程中發(fā)生尖晶石化反應(yīng)，容易生成MA-MA結(jié)合相，從而使不燒磚盡快燒結(jié)，產(chǎn)生類似于鎂鋁尖晶石燒成制品的晶相結(jié)構(gòu)，以達(dá)到抗堿性蝕損、耐剝落的目的。從理論上來說，這種MA-1 /1相的結(jié)合強(qiáng)度要高于MA-M相的結(jié)合強(qiáng)度。而且對窯內(nèi)氣氛和可能發(fā)生的局部還原條件敏感性很小。就其加入量而言，富鎂尖晶石作為粉料的引入里不能過多，否則反而影響不燒磚在使用過程中的燒結(jié)，富鎂尖晶石的引人量控制在I%一1.5%是比較適宜的。

微粉的作用與加入量的確定如下。

在鎂鋁尖晶石磚引人了一部分sio2微粉和Al203微粉。Sio2微粉的作用主要是增加常溫強(qiáng)度和促進(jìn)燒結(jié);Al203微粉的作用主要是和墓質(zhì)中的鎂砂細(xì)粉反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，以改進(jìn)不燒磚的熱振穩(wěn)定性和抗侵蝕性。從MgO-Al2O3-SiO2相圖系統(tǒng)來分析，對以鎂砂為主要組成的不燒磚來說，引人sio2微粉是有害的，但如果sio2含量不多時(shí)，在使用過程中，sio2優(yōu)先與Mg沙形成鎂橄欖石，從而在不燒磚內(nèi)部產(chǎn)生一部分陶瓷結(jié)合相，這對促進(jìn)不燒磚的盡快燒結(jié)是有好處的。隨著Al2O3微粉量的增加，不燒磚的熱振穩(wěn)定性呈上升趨勢，這是因?yàn)殡S著Al2O3的增加，不燒磚中的鎂鋁尖晶石的生成量也會(huì)增加，其熱振穩(wěn)定性必隨之上升，但Al2O3微粉加入量不宜過多。

7、鎂鋁尖晶石磚在水泥回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用：

隨著國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯技術(shù)的成熟，鎂鋁尖晶石磚極其廣泛地應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶尾部的不穩(wěn)定窯皮區(qū)。其性能主要體現(xiàn)在：掛窯皮性能良好，抗熱震性能及抗剝落性能優(yōu)秀，物化穩(wěn)定性強(qiáng)。在各種水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火磚中，鎂鋁尖晶石磚是一種比較全面的耐火磚。

徐玉玉