高斌斌 李福春

摘 ?要：近年來(lái)，我國(guó)的化工工程建設(shè)的發(fā)展迅速，鎂質(zhì)耐火材料的主要原料是菱鎂礦、白云石和水鎂石，其原料礦物在我國(guó)自然界中資源儲(chǔ)備豐富，主要分布于遼寧、山東、河北等沿海地區(qū)，為我國(guó)鎂質(zhì)耐火材料的發(fā)展提供了有利的資源基礎(chǔ)，這也使中國(guó)成為世界上鎂質(zhì)耐火材料產(chǎn)量和出口量最大的國(guó)家。鎂質(zhì)耐火材料具有高熔點(diǎn)、優(yōu)異的高溫體積穩(wěn)定性、良好的力學(xué)性能等眾多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于鋼鐵、冶金、建材、陶瓷等高溫工業(yè)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù);鎂質(zhì)耐火材料;應(yīng)用研究進(jìn)展

引言

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，耐火材料是指在高溫環(huán)境下其化學(xué)與物理性質(zhì)穩(wěn)定并能正常使用的非金屬（并不排除含有一定比例的金屬）材料與產(chǎn)品。鎂質(zhì)耐火材料包括鎂磚、鎂鋁磚、鎂鉻磚、鎂橄欖石磚、鎂硅磚、鎂鈣磚、鎂白云石磚和鎂碳磚，主要以MgO為主成分或以MgO與CaO為主成分，通常MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在85%及以上。

1鎂質(zhì)耐火材料發(fā)展

1.1鎂鈣磚發(fā)展

近年來(lái)，我國(guó)不銹鋼以及潔凈鋼發(fā)展速度較快，促使鎂質(zhì)耐火材料以及其相關(guān)的使用特點(diǎn)、環(huán)保性能、價(jià)格等均受到重視，而鎂鈣磚的快速發(fā)展促使其大量的應(yīng)用在不銹鋼以及潔凈鋼等高級(jí)鋼種生產(chǎn)的精煉設(shè)備中。鎂鈣磚中含有的氧化鈣有著很好的蠕變特點(diǎn)，能夠提高鎂鈣質(zhì)耐火材料的高溫韌性、耐沖擊性以及耐剝落性，并且其抗高堿度渣的性能要由于鎂鉻磚，煉鋼行業(yè)可以在高堿度環(huán)境下生產(chǎn)，從而有效提高爐襯的使用壽命;同時(shí)，鎂鈣磚的特點(diǎn)還可以改善冶煉鋼的脫硫效果。特別是含有氧化鋯的鎂鈣磚，其各項(xiàng)性能都可以與鎂鉻磚相比，甚至優(yōu)于鎂鉻磚的性能。鎂鈣磚還具有凈化鋼水的功能，磚中存在的游離氧化鈣可有效吸收鋼水中含有的氧化鋁以及二氧化硅等雜質(zhì)。我國(guó)已經(jīng)研發(fā)出新型的鎂鈣磚，用其替代鎂鉻磚，將其使用在水泥回轉(zhuǎn)窯的燒成帶上，從而取得非常好的燒成效果。鎂鈣磚本身具有容易水化的特點(diǎn)，進(jìn)而在生產(chǎn)和使用方面受到的限制較大，雖然在鎂鈣磚的生產(chǎn)中通過(guò)磷酸浸漬法、碳化法對(duì)其進(jìn)行有效處理，或是在鎂鈣磚中加入氧化鋁、氧化鋯等材料，利用高溫?zé)梢约岸戊褵确绞?，以及沒(méi)有很好的解決鎂鈣磚的水化特點(diǎn)。鎂鈣磚經(jīng)過(guò)成型處理、熱處理以及表面處理，不盡其抗氧化性以及耐蝕性有所提高，并且能夠在襯磚的表面皿形成一層較好的掛渣層，從而保護(hù)好襯磚，主要是應(yīng)用在精煉鋼包的包壁等位置上。

1.2冶金鎂砂發(fā)展

冶金鎂砂以高純度材料為主，不僅選擇高質(zhì)量的天然材料，同時(shí)也重視研發(fā)和使用人工合成的高質(zhì)量冶金鎂砂材料，增加其體積密度，增加其晶體的粒徑，降低材料的氣孔率，并減少材料中的有害雜質(zhì)?；诖耍V質(zhì)耐火材料行業(yè)需要加快鎂鉻砂、鎂橄欖石砂、鎂白云石砂、鎂鋁尖晶石砂等優(yōu)質(zhì)鎂砂的合成發(fā)展。為提高燒結(jié)合成鎂砂的高溫性能，可以通過(guò)以下兩條途徑合成鎂砂：第一，通過(guò)選擇合適的鎂礦或是電熔方式減少材料中的雜質(zhì)，例如：使用浮選、兩步煅燒的工藝來(lái)生產(chǎn)高純度的鎂白云石砂;第二，可以通過(guò)在材料中加入適量的有益氧化物優(yōu)化燒結(jié)合成鎂砂的高溫性能;或是通過(guò)選礦、電熔減少雜質(zhì)與加入有益氧化物兩種方式結(jié)合的辦法來(lái)優(yōu)化其公安文性能，從而研發(fā)出更高純度的燒結(jié)合成鎂砂以及電熔合成鎂砂。

1.3鎂碳磚發(fā)展

鎂碳磚是以碳和氧化鎂為主要材料的一種氧化物和非氧化物合成的復(fù)合型耐火材料，其特點(diǎn)因含有的石墨、鎂砂、抗氧化劑、結(jié)合劑以及生產(chǎn)技術(shù)等存在差異而有很大的班花，主要應(yīng)用在電爐爐墻、氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯以及鋼包渣線等領(lǐng)域中，具有提高其使用壽命的良好效果。近年來(lái)，由于我國(guó)不銹鋼和低碳鋼的發(fā)展，鎂碳磚會(huì)增加鋼中的碳含量，影響鋼的質(zhì)量，今后鎂碳磚的發(fā)展重點(diǎn)則是較低含碳量和高抗氧化性能，將其應(yīng)用在精煉包和鋼包領(lǐng)域中。為使鎂碳磚符合行業(yè)發(fā)展需求，提高其生產(chǎn)質(zhì)量，需要使用優(yōu)質(zhì)的鎂碳磚原材料，并采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，從而確保了生產(chǎn)的效率。鎂鋁碳磚不燒磚具有含碳材料和鋁鎂材料的綜合特點(diǎn)，具有較好的抗熱震性以及抗渣性能，從而很好的克服傳統(tǒng)材料的鋼水滲透和渣滲透所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)剝落問(wèn)題，進(jìn)而有效提高其使用壽命。因此，鎂質(zhì)耐火材料中鎂碳磚的生產(chǎn)和發(fā)展前景應(yīng)以此為標(biāo)準(zhǔn)，提高其質(zhì)量和性能。

2納米技術(shù)在鎂鈣質(zhì)耐火材料中的應(yīng)用

鎂鈣質(zhì)耐火材料是一種以MgO為主要成分并含有部分CaO的堿性耐火材料，具有耐火度高、抗渣性強(qiáng)以及良好的凈化鋼水等性能。鎂鈣質(zhì)耐火材料因其優(yōu)良的特性而越來(lái)越受到青睞，尤其廣泛應(yīng)用于冶煉潔凈鋼、不銹鋼、特種鋼等高性能鋼的精煉設(shè)備的關(guān)鍵區(qū)域，以保證精煉設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和提高其爐襯的使用壽命。然而，在鎂鈣質(zhì)耐火材料中，游離CaO由于發(fā)生水化反應(yīng)而體積膨脹，導(dǎo)致其在工作面產(chǎn)生龜裂以及局部的剝落，最終促使材料不能進(jìn)一步使用?？顾圆钍侵萍s鎂鈣質(zhì)耐火材料安全運(yùn)行和效能發(fā)揮的因素。因此，該領(lǐng)域技術(shù)人員嘗試?yán)眉{米技術(shù)改善抗水化性能來(lái)實(shí)現(xiàn)鎂鈣質(zhì)耐火材料壽命，進(jìn)而使性能大幅度提升.在鎂鈣質(zhì)耐火材料中，納米粉體作為添加劑引入，來(lái)提高其抗水化性能。該作用機(jī)理主要有兩種途徑，其一是引入納米顆粒與游離CaO反應(yīng)形成低熔點(diǎn)相，促進(jìn)燒結(jié)致密化，使晶粒長(zhǎng)大，減少粒界的接觸概率，消耗基體中的游離CaO，從而起到防水化作用。以菱鎂礦、白云石為研究對(duì)象，以納米Fe2O3為添加劑制備鎂鈣質(zhì)耐火材料，并經(jīng)XRD和SEM檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，CF（CaO·Fe2O3）和C2F（2CaO·Fe2O3）液相存在于MgO和CaO顆粒間，增強(qiáng)了燒結(jié)性能和抗水化性能，其原因是形成的CF和C2F液相消耗了基體中的游離CaO，促進(jìn)致密化，改善微觀結(jié)構(gòu)，阻止其進(jìn)一步水化.其二是引入納米顆粒在耐火材料的表面形成一層次界面，阻斷了外界環(huán)境與鎂鈣質(zhì)耐火材料的表面直接接觸，以提高抗水化性能。

結(jié)語(yǔ)

總之，隨著鋼鐵、水泥、石油和化工等高溫工業(yè)的高速發(fā)展，納米技術(shù)在鎂質(zhì)耐火材料中的應(yīng)用有巨大的發(fā)展空間，市場(chǎng)急切需要更為潔凈和高性能的鎂質(zhì)耐火材料來(lái)保障高溫行業(yè)的發(fā)展，這就要求鎂質(zhì)耐火材料除了高熔點(diǎn)、高密度和低氣孔率外，還需要有良好的抗侵蝕性能、抗熱性能和一定的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)要兼顧經(jīng)濟(jì)的適用性。

參考文獻(xiàn)

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