水泥回转窑中镁质耐火材料的特点及使用方法介绍_散文

镁铬质耐火材料的物理化学性能及特点

1.镁砂的性能

镁铬质耐火材料是以镁砂和铬铁矿为原料制取的烧结耐火材料，熟悉这种材料的特性，合理地使用它，需要从镁砂和铬铁矿开始。

(1)镁砂的化学性能

镁砂中的主要矿物是方镁石MgO,方镁石也是水泥熟料中的常见矿物之一。

方镁石能够和水泥熟料中四种主要矿物C3S、C2S、CA、CAF共存。所以，方镁石对于水泥熟料具有极好的抗侵蚀性。

(2)镁砂的物理性能

方镁石是等轴晶系矿物，硬度6,相对密度3.58,熔点高达2800℃，0~1000℃热膨胀系数为13.5×10-6/K,100~1000℃的热导率为3.39~4.19W/(m·K)。这些物理性质使得水泥回转窑中镁质耐火材料常常表现出下述各种现象。

①方镁石熔点很高，由此使得许多的镁质耐火材料都具有相当好的耐高温性。

②方镁石导热性很好，使用高MgO的耐火材料，又挂不上窑皮时，窑体表面温度升高。这时，不仅散热损失很大，而且还容易烧坏筒体。

③方镁石热膨胀系数高，致使镁质耐火材料的抗热震性不足。使用中，镁质耐火材料常常发生剥落。

最早，水泥回转窑中也试用镁质耐火材料，但因前述问题，使用效果不佳，镁砖很快被其他的耐火材料所代替

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2.铬铁矿的性能

铬铁矿是一种天然矿物，其一般化学式为（Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)2O4,为等轴晶系矿物，n=2.07~2.16,相对密度4.0~4.8,硬度5.5~5.7。

铬铁矿中R2O3中广泛存在Cr2O3、AI2O3、Fe2O2之间的替换，RO之间则广泛存在FeO、MgO之间的替换。主要的矿物有纯铬铁矿FeO·Cr2O3、镁铬铁矿(Mg,Fe)O·Cr2O3、铝铬铁矿FeO·(Cr,Al)O2和铁富铬尖晶石（Mg,Fe)O·(Cr,AI)2O3。耐火材料用铬铁矿的Cr2O3含量为30%~60%。

铬铁矿中，Fe以Fe+、Fe+两种形式存在，但以Fe+为主。温度增高后，在氧化性气氛下，铬铁矿中的Fe2将被氧化成Fe+,产生体积膨胀。在还原性气氛下，铬铁矿中Fe2+又会还原成Fe2+。如果Fe2+被氧化成Fe+产生过大的膨胀，或者反复发生Fe2+-Fe2+之间的氧化还原反应，将导致结构松散，严重时将损坏耐火材料。

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3. 镁铬质耐火材料的特点

一般情况下，水泥工业用镁铬砖的Cr2O3含量为4%~16%。所以，镁铬质耐火材料是一种以镁砂为主，以铬铁矿为辅，以方镁石包围镁铬/铁铬尖晶石颗粒的复合材料。MgO-Cr2O3系统相图如下图所示。

从上图可知，MgO-Cr2O3系统中有一种高熔点化合物镁铬尖晶石MgO·Cr2O3,镁铬尖晶石的熔点高达近2400℃，MgO-MgO·Cr2O3系的最低共熔点也在2300℃以上。此外，高温下方镁石能够大量固溶三氧化二铬，形成方镁石固溶体MgOas。这个相图对于研究镁铬质耐火材料的性能具有极为重要的意义。

在镁砂中加入铬矿并经高温烧成之后，镁砂和铬矿之间将发生明显的物理化学作用。镁砂中的MgO将扩散进入铬矿，与铬矿中的R2O3(Cr2O3、)作用，生成原位复合镁铬尖晶石。铬矿中的Cr2O3等也将扩散进入镁砂，生成方镁石固溶体MgOs.冷却时，从方镁石固溶体中析出过饱和的MgO·R2O3,形成二次复合镁铬尖晶石。由于镁铬砖的显微结构十分复杂，减少了声子的平均自由程，降低了材料的热导率，解决了镁砖热导率高的问题。由于镁铬尖晶石的热膨胀系数较低，在高热膨胀系数的方镁石中引入了低膨胀系数的尖品石，既产生了复相改性作用，又解决了镁砖抗热震性差的问题。

镁铬质耐火材料中，铬矿不仅数量少，而且为镁砂包裹。高温作用之下，铬矿中的FeO将氧化形成Fe2O3。铬矿中的R2O2,一部分在原位和扩散进入的MgO作用，形成原位尖晶石；另一部分扩散进入方镁石，形成方镁石固溶体和二次尖晶石。所以，MgO的进入形成了高熔点的物质，且缓解了铬矿中FeO的氧化-还原反应，从而解决或大为缓解了铬砖耐高温性能差、体积稳定性低、耐侵蚀性能不足的问题。

由于良好的耐高温、抗热震、抗侵蚀性能，镁铬砖在水泥回转窑中得到了迅速推广，很快取代了铝硅质耐火材料。