镁钙质耐火材料的使用现状与发展

梁新星

身份证号：410182198209163330

摘要：国内约85%的镁质耐火材料是在钢铁工业中使用的，在炼钢过程中，碱性镁质耐火材料不仅可以抵抗碱性熔渣的侵蚀，还能吸收钢液中的杂质、净化钢液。因此，在现代化的工业生产中，对镁质耐火材料的质量和性能要求越来越高,基于此，对镁钙质耐火材料的使用现状与发展进行研究，以供参考。

关键词：镁钙质;耐火材料;使用现状;发展

引言

镁钙质耐火材料是一种碱性耐火材料，在研制之初主要用于碱性转炉炼钢，从20世纪60年代开始，作为炼钢用的炉衬材料变得十分重要。到20世纪80年代，日本开发了CaO砖，随后出现了许多研究成果和专利。随着钢铁冶炼技术的不断进步，钢材质量的不断提高，洁净钢、优质钢的需求量增多，对耐火材料的要求也越来越高。进入本世纪，随着我国不锈钢和洁净钢生产的快速发展，镁钙系耐火材料以其特有的使用性能、较低的价格以及在环保等方面优势，应用领域已经转移到炉外精炼炉、不同类型的钢包以及水泥窑的烧成带。

1镁钙质耐火材料的性质

1.1镁钙质耐火材料的性质

抗渣性好镁钙质耐火材料具有良好的抗渣性，特别是随着渣碱度的提高，炉渣侵蚀量迅速下降，侵入砖中的炉渣与砖中的Ca0反应生成C2S、C3S，使炉渣黏度变高，润湿角增大，阻碍炉渣向砖内部渗透，不致于形成厚的胶质层。对于低碱度炉渣，镁钙砂中的Ca0先行溶解，使渣高碱度化、高黏度化而更难溶解，镁钙砂颗粒能提高抗渣性。

1.2抗震性好

镁钙质耐火材料含有较多游离Ca0，在高温下，蠕变大。塑性好。可以缓冲因温度波动产生的热应力，具有良好的抗热震性，适合于炉外精炼中温度变化剧烈的工作环境。

1.3热力学稳定性好

在常见的氧化物中，Ca0最稳定，即耐火材料几乎不能对钢液供氧。镁钙质耐火材料比单一镁质材料在热力学上更为稳定。

1.4净化钢液

镁钙质耐火材料含有较多游离Ca0，易与钢液中的[S]、[P]等夹杂物反应，形成低熔点化合物上浮进入到炉渣中，具有除杂质、净化钢液的功能，同时可防止水口发生堵塞。这是其他耐火材料无法与之相比的显著特征，在洁净钢、特殊钢冶炼中是首选的最佳耐火材料。

1.5成本低，无污染

我国的白云石、镁砂资源非常丰富，纯度高，分布广，其中，菱镁矿的储存量达到了35亿吨，占世界总量的22.5%，位居世界第一。此外，镁铬砖中的CrO3形成于耐火材料的相界，在铬矿与碱、CaO、SiO2等氧化物接触时，Cr3+→Cr6+的转变在空气中加快，这些具有水溶性的Cr6+，对人体的皮肤、呼吸系统、肺部等造成了严重危害，特别是用后的废砖在存放过程中受水淋而外渗，污染环境，尤其是水资源。综上，烧成镁钙砖凭借以上几方面的优势，在许多应用领域逐渐替代了镁铬砖。

2镁钙质耐火材料的应用

2.1镁钙质耐火材料在转炉炼钢中的应用

镁钙质耐火材料在转炉上应用的部位主要是炉低、熔池和前后两个大面。20世纪60年代以来，我国研制了各种镁钙质耐火砖，在转炉上实行了多种镁钙质耐火材料综合砌炉，取得了很好的效果，提供了转炉的炉龄，增加了钢的产量。80年代后，我国开始大量运用镁碳砖，使镁钙质耐火材料受到了强烈的冲击，但日本特别注重对镁钙质耐火材料产品的研究和开发，后发现利用优质的镁碳砖和镁钙碳砖综合砌炉，又进一步提高了大型转炉炉衬寿命。现在，尽管镁钙质耐火材料在炉衬上已基本不用了，但含Ca0的喷补料和前后大面的修补料正逐渐扩大使用。

2.2镁钙质耐火材料在连铸中的应用

游离的Ca0对钢液有净化作用，有助于脱除硫、磷等夹杂，对冶炼所需要的高碱度渣的侵蚀和渗透抵抗能力好，其应用比率逐渐提高。镁钙质涂料已开始在国内某些钢厂使用，显示出一定的优越性。干式振动料是最近几年才推广应用，但发展很快，施工方便，适应性强，尤其是使用寿命较高。在干式料中引入Ca0，要比浇注料、涂抹料中引入容易得多，可以避开Ca0的水化问题，为镁钙质耐火材料在中间包上的应用开辟了空间，可望成为将来中间包工作衬的主要耐火材料。

2.3镁钙质耐火材料在炉外精炼中的应用

镁钙质耐火材料（主要是烧成镁钙砖、不烧镁钙砖和不烧镁钙碳砖）在炉外精炼中用量是最大的，主要用于冶炼不锈钢的AOD（氩氧脱碳炉）和VOD（真空吹氧脱碳炉）中。AOD炉、VOD炉用耐火材料应具有较高的高温强度、良好的抗热震性、抗渣性和耐冲刷磨损性。而镁钙质耐火材料除满足上述条件之外，还能净化钢液，且原料资源丰富，价格低廉，因此广泛应用于AOD炉内衬的耐火材料，但因在VOD炉加热时会发生不可逆收缩，所以在VOD钢包高度蚀损部位使用烧成镁钙砖时要防止过高的冶炼温度（高于1750℃）。

3镁钙质耐火材料的发展

3.1发展超高纯镁钙质耐火材料

AOD炉是生产不锈钢的主要设备之一，它具有日常投资少、易操作、效率高等优点，全世界约65%的不锈钢要经AOD炉精炼。从目前AOD炉的使用情况看，风口及附近区域所使用的耐材消耗高、炉衬寿命偏低，尤其是渣线以下、风枪以上的部位损毁过快，所以有些钢企在这些部位仍使用镁铬砖。因此，应尽快开发适用于AOD炉风口区等关键部位的高档镁钙砖。主要是采用高密度、高纯度的电熔原料，或在砖料中添加适量的稳定型ZrO2等。以提高镁钙砖的抗冲刷能力、抗渣侵蚀能力和热震稳定性等性能。由于制品中含有大量的游离氧化钙，可以吸附钢水中S、P等有害夹杂物，极大的有利于洁净钢的生产。

3.2开发水泥窑用镁钙质耐火材料

镁钙质耐火材料在建材行业也有较大的市场，国外许多国家已在水泥窑的烧成带和过渡带等区段广泛地使用烧成镁钙砖。烧成镁钙砖之所以能替代镁铬砖，取决于它本身具有的优良属性——砖中的CaO在使用中易与熟料中的C2S反应生成C3S，挂牢窑皮，同时对水泥熟料的侵蚀具有良好的抵抗能力。但由于烧成镁钙砖固有的水化性，使得其在停窑期间会吸潮水化，使砖体开裂剥落。利用我国丰富的天然白云石资源，通过砖中加入少量的ZrO2，开发出良好的抗水化性、抗热震稳定性、挂窑皮稳定性及抗熟料及碱性侵蚀好等性能的烧成镁钙砖，以满足我国水泥窑生产的需要，同时尽早实现我国耐火材料行业的无铬化。

结束语

炼钢技术的日新月异及洁净钢需求量的增加，使得炼钢用耐火材料的工作环境日趋恶劣，对耐火材料的要求也不断提高。镁钙系耐火材料具有耐火度高、抗碱性渣侵蚀性强、高温真空条件下稳定、能净化钢液等优良性能，常用作连铸中间包、水泥窑烧成带[7]等炉衬材料。然而，其中的游离CaO极易与水发生反应生成Ca(OH)2，不仅放出大量的热量，同时伴随巨大的体积膨胀，从而导致镁钙系耐火材料粉化，给生产、储存及使用带来很大困难，严重制约了镁钙系耐火材料的发展和应用。因此，如何抑制CaO的水化目前仍是镁钙系耐火材料亟待解决的技术难题。

参考文献

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