鎂鈣磚基礎知識簡介

鎂鈣磚定義及原料鎂鈣磚是以MgO和CaO為主要化學成分的堿性復合耐火制品，包括白云石磚和鎂質(zhì)白云石磚。鎂鈣磚具有優(yōu)良的使用性能，尤其具有凈化鋼水性能是其他類耐火材料所不具備。鎂鈣磚用途鎂鈣磚被大量地應用于AOD爐、VOD爐和LF爐等精煉設備上，并取得了良好的使用效果。隨著我國不銹鋼和各種潔凈鋼產(chǎn)能不斷擴大，各種鎂鈣磚需用量也將不斷增加。為今后更好的生產(chǎn)和使用鎂鈣磚，為我國煉鋼工業(yè)及其他高溫工業(yè)服務，對鎂鈣磚使用性能進行分析和討論，詳細了解和認識鎂鈣磚使用性能及其影響因素是很有必要的。鎂鈣磚耐高溫性能鎂鈣磚耐高溫性能是指鎂鈣磚在高溫工作條件下不熔損，不軟化變形，保持良好的高溫穩(wěn)定性和機械強度等。鎂鈣磚用于AOD爐、VOD爐和LF爐等精煉設備，工作溫度高，溫度變化頻繁。如AOD爐氧化期溫度在1700^以上，有時可達1750°C左右，風眼區(qū)溫度甚至更高。如此苛刻的高溫工作環(huán)境，要求鎂鈣磚必須具有優(yōu)異的耐高溫性能，才能滿足生產(chǎn)需要。鎂鈣磚的主要礦物MgO和CaO都是高溫礦物，其中MgO的熔點為2800C，CaO的熔點為2570C，MgO和CaO在高溫下不生成二元復合礦物，二者的最低共熔點為2370C。MgO和CaO還具有良好的高溫穩(wěn)定性。因此，MgO和CaO賦予了鎂鈣磚優(yōu)異的耐高溫性能。但是，鎂鈣磚中少量雜質(zhì)成分，對鎂鈣磚高溫性能產(chǎn)生較大的負面影響。雜質(zhì)成分對鎂鈣磚高溫性能影響與雜質(zhì)的種類和數(shù)量有關，不同種類的雜質(zhì)對鎂鈣磚高溫性能的影響不同，雜質(zhì)的含量不同影響也不同。雜質(zhì)成分種類越多，某些雜質(zhì)成分含量越大，對鎂鈣磚高溫性能影響就越大。雜質(zhì)對鎂鈣磚高溫性能的影響，實際上是對主要礦物MgO和CaO高溫性能的影響。雜質(zhì)與CaO或MgO發(fā)生反應，生成某些低熔點礦物，在高溫下產(chǎn)生液相，降低了鎂鈣磚的耐高溫性能。鎂鈣磚中的雜質(zhì)成分主要是Fe2O3、SiO2和A12O3。這三種主要雜質(zhì)對MgO的高溫性能影響不大，因為它們與MgO反應不生成低熔點的礦物，如MgO與SiO2反應生成M2S，熔點1890C；與A12O3反應生成MA，熔點2135C；MgO能固溶大量FeO而不產(chǎn)生液相，對Fe2O3也有很強的吸收能力，而鎂鈣磚中鐵氧化物含量一般在1.5%以下。因此，對MgO的高溫性能產(chǎn)生的影響很小。鎂鈣磚中的三種主要雜質(zhì)對CaO高溫性能的影響程度差別較大。其中，SiO2與CaO反應生成C3S或C2S，熔點分別為1900C和2130C，二者都屬于高熔點礦物，對CaO的高溫性能影響不大。但Fe2O3和A12O3與CaO發(fā)生反應，則生成低熔點的礦物C2F和C4AF等，熔點分別為1436C和1415C。這兩種低熔點礦物的生成，對CaO的高溫性能產(chǎn)生了較大的負面影響，最終造成了鎂鈣磚的耐高溫性能下降。通過以上分析可知，鎂鈣磚的主要有害雜質(zhì)是Fe2O3和A12O3，相對于Fe2O3和A12O3而言，SiO2對鎂鈣磚的高溫性能危害較小，可視為次要雜質(zhì)。為了提高鎂鈣磚的耐高溫性能,在生產(chǎn)鎂鈣磚時應選擇高純度、高致密度和高MgO含量的合成鎂鈣耐火原料。在滿足其他要求的前提下，盡可能提高鎂鈣磚的MgO含量。因為，與CaO相比，MgO的熔點更高，高溫體積穩(wěn)定性更好，與雜質(zhì)成分反應不生成低熔點礦物。所以，提高MgO的含量可提高鎂鈣磚的耐高溫性能。另一方面，雜質(zhì)對鎂鈣磚高溫性能產(chǎn)生的危害，主要是通過與CaO反應生成低熔物造成的。因此，提高MgO含量，降低CaO的含量可減輕雜質(zhì)對鎂鈣磚高溫性能造成的危害。顯然，富含MgO的鎂質(zhì)白云石磚的耐高溫性能優(yōu)于白云石磚。鎂鈣磚的抗渣性能鎂鈣磚的抗渣性能是指鎂鈣磚在使用過程中與爐渣接觸時，對爐渣的化學侵蝕和滲透的抵抗能力。它是鎂鈣磚最重要的使用性能之一。爐渣對鎂鈣磚的化學侵蝕是爐渣中的某些成分與鎂鈣磚中的某些成分在高溫下發(fā)生化學反應，生成低熔物（液相），使鎂鈣磚的工作面熔損，流失到爐渣中。爐渣對鎂鈣磚的滲透是高溫液態(tài)爐渣通過氣孔和裂紋等通道滲入到鎂鈣磚的內(nèi)部，形成一定厚度的變質(zhì)層，然后變質(zhì)層脫落，導致鎂鈣磚的工作面損毀。在各種精煉爐中，爐渣的化學侵蝕和滲透是造成爐襯損毀的主要原因之一。因此，提高鎂鈣磚的抗渣性能對提高精煉爐爐襯的使用壽命尤為重要。鎂鈣磚的抗渣性能主要取決于它的化學組成、組織結構和爐渣的堿度及溫度等。鎂鈣磚的主要礦物MgO和CaO表現(xiàn)出不同的抗渣特性。MgO與爐渣接觸發(fā)生化學反應難度較大，即便是發(fā)生一定程度的反應，也不生成低熔點礦物。如MgO能固溶大量的FeO而不產(chǎn)生液相;MgO對爐渣中的SiO2也有很強的抵抗能力.因此，MgO抗爐渣的化學侵蝕能力強。但是，MgO抗爐渣的滲透能力較差，高溫爐渣易滲入到MgO（方鎂石）的內(nèi)部，形成變質(zhì)層。與MgO相比，CaO與爐渣的反應性大，它容易被含F(xiàn)eO高的爐渣侵蝕。因此，CaO抗爐渣化學侵蝕的能力較差。但它與爐渣中的SiO2反應，生成高熔點的礦物C2S或C3S，使爐渣的粘性提高，抑制了爐渣向磚內(nèi)部滲透。因此，CaO抗爐渣的滲透能力強于MgO。鎂鈣磚的純度越高，與爐渣的反應性就越小，生成的低熔物就越少，抵抗爐渣化學侵蝕的能力就越強。鎂鈣磚的組織結構越致密，爐渣向磚內(nèi)部滲入的難度就越大，抗爐渣滲透的能力就越強。提高鎂鈣磚的MgO含量、純度和致密度，可提高鎂鈣磚抗爐渣侵蝕的能力；提高CaO的含量和致密度，可提高鎂鈣磚抗爐渣滲透的能力。在實際應用時，要根據(jù)精煉設備的操作條件，確定鎂鈣磚最適宜的MgO/CaO比、純度和致密度，使鎂鈣磚對爐渣化學侵蝕和滲透均具有良好的抵抗能力，以取得更好的使用效果。實踐證明，富含MgO的鎂質(zhì)白云石磚的綜合抗渣性能優(yōu)于白云石磚。因此，在精煉爐的渣線部位大都使用經(jīng)高溫燒成的高純度和高密度的鎂質(zhì)白云石磚。爐渣的堿度（CaO+MgO/SiO2）和溫度對鎂鈣磚的抗渣性能有著重要的影響。鎂鈣磚對酸性爐渣的抵抗能力較弱，易被酸性爐渣所侵蝕；但對高堿度爐渣有著較強的抵抗能力，并且在一定堿度范圍內(nèi)，隨著爐渣堿度的提高，鎂鈣磚對爐渣的抵抗能力增強（爐渣對鎂鈣磚的侵蝕能力減弱）；爐渣的溫度越高，爐渣與鎂鈣磚的反應性越強，對鎂鈣磚的化學侵蝕就越嚴重；爐渣的溫度越高，粘度就越低，越容易滲透到鎂鈣磚的內(nèi)部，形成變質(zhì)層。因此，在精煉操作中，通過提高爐渣堿度，控制爐渣溫度，可有效的減輕爐渣對鎂鈣磚的侵蝕和滲透，進一步提高鎂鈣磚的使用壽命。如太鋼通過對AOD爐精煉造渣工藝的改進。開發(fā)了單渣（全堿性渣）法精煉工藝［1］，在整個精煉過程中爐渣始終保持著較高的堿度，并且有效控制了爐溫過高和大幅度波動，減輕了爐渣對鎂鈣磚的侵蝕和滲透及其他形式的破壞作用，延長了爐襯的使用壽命。具體操作是：在AOD爐兌入鋼水前，先向爐內(nèi)加入一批石灰和氧化鎂粉，提高了初期渣中MgO和CaO含量，使初期渣達到較高堿度。在吹煉過程中，隨著鋼水溫度的升高，再分批加入石灰，使爐溫的波動和氧化期最高溫度得到有效控制，減輕了爐渣對鎂鈣磚的破壞，使AOD爐鎂鈣磚爐襯的壽命不斷提高。鎂鈣磚的抗剝落性能鎂鈣磚在使用過程中，工作端由于受到爐溫變化和爐渣滲透等破壞作用而發(fā)生開裂和剝落，尤其是在VOD爐中，鎂鈣磚的剝落損毀更加嚴重。因此，提高鎂鈣磚的抗剝落性能也是提高鎂鈣磚爐襯使用壽命的主要途徑之一。根據(jù)產(chǎn)生的原因，鎂鈣磚的剝落分為熱剝落和結構剝落。熱剝落是鎂鈣磚在使用過程中，由于爐溫周期性地急劇變化而引起的工作面剝落。鎂鈣磚所服役的AOD爐、VOD爐和LF爐等精煉設備，均為間歇操作，爐溫變化頻繁，變化幅度大。如AOD爐精煉不銹鋼時，在兌入鋼水前爐溫降至1300°C左右，氧化脫碳期爐溫最高可達1750°C左右，還原期爐溫在1650°C左右。另外，每次加入爐料都會造成爐溫下降。在整個精煉過程中，爐溫如此頻繁和大幅度的變化，必然在鎂鈣磚工作端內(nèi)部產(chǎn)生熱應力，在熱應力的作用下產(chǎn)生裂紋，隨著裂紋的不斷增加和擴展，鎂鈣磚的工作端出現(xiàn)開裂，進而發(fā)生剝落。結構剝落是高溫爐渣通過氣孔和裂紋滲入到鎂鈣磚的內(nèi)部，在磚的工作端形成一定厚度的變質(zhì)層，在爐溫急劇變化時，由于變質(zhì)層各礦物之間、變質(zhì)層與原磚層之間熱膨脹性能的差別，在變質(zhì)層內(nèi)部、變質(zhì)層與原磚層之間產(chǎn)生不同方向的裂紋，隨著裂紋不斷的增加和擴展，導致變質(zhì)層不斷的剝落。與其他鎂質(zhì)耐火制品（如鎂磚、鎂鉻磚等）相比，鎂鈣磚具有更優(yōu)良的抗剝落性能。這是因為鎂鈣磚中的CaO在高溫下具有較大的蠕變性，能夠緩沖由于溫度急劇變化在磚內(nèi)部產(chǎn)生的熱應力，抑制磚內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生和擴展，提高了鎂鈣磚抗熱剝落的能力。另一方面，鎂鈣磚中的030與爐渣中的SiO2反應生成高熔點的礦物，提高了爐渣的粘度，使爐渣更難于滲入到磚的內(nèi)部，使變質(zhì)層減薄，提高了鎂鈣磚的抗結構剝落性能。鎂鈣磚中的CaO賦予了它良好的抗剝落性能。因此，提高鎂鈣磚的CaO含量，尤其是提高基質(zhì)中的CaO的含量，并使其在基質(zhì)中均勻分布，可顯著提高鎂鈣磚的抗剝落性能。如上世紀80年代，日本旭玻璃公司和日新鋼鐵公司周南鋼鐵廠，共同研制出一種VOD爐用CaO-MgO-白云石磚⑵。即向MgO-白云石磚的基質(zhì)中添加高純電熔CaO砂細粉，改進了磚的耐熱剝落性能和耐結構剝落性能。在45tVOD爐上使用，比原MgO-白云石磚壽命延長50%。該磚的主要理化指標為：MgO51.3%，CaO46.5%，SiO20.5%，A12O30.2%，F(xiàn)e2O30.9%，顯氣孔率10.8%，常溫耐壓強度69MPa，體積密度3.04g?cm-3。鎂鈣磚內(nèi)的氣孔可緩沖鎂鈣磚內(nèi)的熱應力，能阻止裂紋的產(chǎn)生和進一步擴展，有利于提高鎂鈣磚的抗熱剝落性能。但是，鎂鈣磚內(nèi)的氣孔，特別是貫通氣孔使爐渣更容易滲入到鎂鈣磚的內(nèi)部，形成較厚的變質(zhì)層，加快了鎂鈣磚發(fā)生結構剝落。因此，鎂