碱性耐火材料

耐火度高于1580℃的无机非金属材料。耐火度指耐火材料锥形体试样在没有荷重情 况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。耐火材料与高温技术相伴出现，大致起源于青铜器时代中期。中国东汉时期已用粘土质耐火材料做烧瓷器的窑材和匣钵。20世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维。现代，随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展，具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了应用。

碱性耐火材料basic refractory以CaO、MgO碱土氧化物为主要成分的耐火材料。通常指镁质耐火材料、白云石质耐火材料以及石灰质耐火材料。

主要有以下几类:

(1)强碱性的镁砖、镁炭砖、白云石砖及石灰质耐火材料。

(2)弱碱性的铬镁质耐火材料、镁橄榄石质耐火材料以及镁铝、镁铬等尖晶石耐火材料。

碱性耐火材料在高温下对碱性炉渣、碱性熔剂抵抗力强，但对酸性炉渣、酸性熔剂或酸性耐火材料起化学反应。主要用于碱性炼钢炉和有色金属冶炼炉，以及水泥窑等。

耐火材料种类繁多，通常按耐火度高低分为普通耐火材料(1580~1770℃)、高级耐火材料(1770~2000℃)和特级耐火材料(2000℃以上);

按化学特性分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。

此外，还有用于特殊场合的耐火材料。

酸性耐火材料以氧化硅为主要成分，常用的有硅砖和粘土砖。硅砖是含氧化硅93%以上的硅质制品，使用的原料有硅石、废硅砖等，其抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，重复煅烧后体积不收缩，甚至略有膨胀;但其易受碱性渣的侵蚀，抗热振性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。粘土砖以耐火粘土为主要原料，含有30%~46%的氧化铝，属弱酸性耐火材料，抗热振性好，对酸性炉渣有抗蚀性，应用广泛。

中性耐火材料以氧化铝、氧化铬或碳为主要成分。含氧化铝95%以上的刚玉制品是一种用途较广的优质耐火材料。以氧化铬为主要成分的铬砖对钢渣的耐蚀性好，但抗热振性较差，高温荷重变形温度较低。碳质耐火材料有碳砖、石墨制品和碳化硅质制品，其热膨胀系数很低，导热性高，耐热振性能好，高温强度高，抗酸碱和盐的侵蚀，不受金属和熔渣的润湿，质轻。广泛用作高温炉衬材料，也用作 石油、化工的高压釜内衬。

碱性耐火材料以氧化镁、氧化钙为主要成分，常用的是镁砖。含氧化镁80%~85%以上的镁砖，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土砖和硅砖高。主要用于平炉、吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼设备以及一些高温设备上。

在特殊场合应用的耐火材料有高温氧化物材料，如氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆等，难熔化合物材料，如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等;高温复合材料，主要有金属陶瓷、高温无机涂层和纤维增强陶瓷等。

氧化钙在建筑材料中的应用:一种以氧化钙为主要成分的气 硬性无机胶凝材料。

石灰是用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料，经900~1100℃煅烧而成。石灰是人类最早应用的胶凝材料。公元前8世纪古希腊人已用于建筑，中国也在公元前7世纪开始使用石灰。至今石灰仍然是用途广泛的建筑材料。石灰有生石灰和熟石灰(即消石灰)，按其氧化镁含量(以 5%为限)又可分为钙质石灰和镁质石灰。由于其原料分布广，生产工艺简单，成本低廉，在土木工程中应用广泛。

原始的石灰生产工艺是将石灰石与燃料(木材)分层铺放，引火煅烧一周即得。现代则采用机械化、半机械化立窑以及回转窑、沸腾炉等设备进行生产。煅烧时间也相应地缩短，用回转窑生产石灰仅需2~4小时，比用立窑生产可提高生产效率5倍以上。近年来，又出现了横流式、双斜坡式及烧油环行立窑和带预热器的短回转窑等节能效果显著的工艺和设备，燃料也扩大为煤、焦炭、重油或液化气等。

凡是以碳酸钙为主要成分的天然岩石，如石灰岩、白垩、白云质石灰岩等，都可用来生产石灰。将主要成分为碳酸钙的天然岩石，在适当温度下煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化钙(CaO)为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。

在实际生产中，为加快分解，煅烧温度常提高到1000~1100 氧化钙

℃。由于石灰石原料的尺寸大或煅烧时窑中温度分布不匀等原因，石灰中常含有欠火石灰和过火石灰。欠火石灰中的碳酸钙未完全分解，使用时缺乏粘结力。过火石灰结构密实，表面常包覆一层熔融物，熟化很慢。由于生产原料中常含有碳酸镁(MgCO3)，因此生石灰中还含有次要成分氧化镁(MgO)，根据氧化镁含量的多少，生石灰分为钙质石灰(MgO≤5%)和镁质石灰(MgO>5%)。

生石灰呈白色或灰色块状，为便于使用，块状生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏。生石灰粉是由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分是CaO;消石灰粉是块状生石灰用适量水熟化而得到的粉末，又称熟石灰，其主要成分是Ca(OH)2;石灰膏是块状生石灰用较多的水(约为生石灰体积的3-4倍)熟化而得到的膏状物.也称石灰浆。其主要成分也是Ca(OH)2。

钢包是炼钢工业中不可缺少的重要设备，作为钢包内衬的耐火材料，发生了几次大的变化。以前是采用传统的经烧结而成的粘土砖和三等高铝砖，这种耐火材料在使用过程中显示出较差的耐剥落性和耐侵蚀性，使用寿命低，平均只有10次，经处理也只能达到20次左右。随着炼钢技术的发展，钢水护外精炼对钢包内衬耐火材料要求的提高，在20世纪即年代初，曾经推广应用整体浇注镁铝质盛钢桶内衬材质。这种内衬整体性好，显著提高了使用寿命，但存在烘烤钢包时间长，有较严重的掉渣现象，对于中小型钢厂多数没有专用设备的情况下，拆包困难。为了弥补这方面的不足，继而成功的应用铝镁不烧砖。该衬砖筑砌容易，烘烤时间短和易拆包，但仍存在易戮渣和耐剥落性差的问题。在此基础上，为了克服铝镁不烧砖钢包内衬容易猫渣的问题，在即年代后期又研制了铝镁碳不烧砖，取代铝镁不烧砖。该材质综合了铝镁材料和含碳材料的性能。铝镁碳不烧砖具有的主要优点是:没有砖缝熔损，具有较好的抗渣能力和抗热振性，克服了钢水和渣的渗透引起的结构剥落现象，使用寿命明显提高等。该制品由于是不烧或低温烧成，节约能源，降低了成本，经济效益十分明显，引起了人们的注意。

早在60年代，已经开发镁铝尖晶石砖，但未投放市场。为了解决铬在生产和使用中的问题，日本在70年代推出了含尖晶石镁砖。即往镁砂中添加烧结尖晶石，并在隧道窑中高温(1900C)烧成镁尖晶石砖.以尖晶石替代氧化铬和氧化铁。那年代各种镁铝尖晶石砖纷纷问世，但其使用寿命不如铬镁砖。在弄清了损毁的原因后，此种砖的性能有了根本的改进，从而可以和铬镁砖相匹敌。

尖晶石(镁铝尖晶石)结合的镁质制品的优异性能，如抗渣性，抗剥落性及抗蠕变性能早已为人们所知。前苏联自1942年起已有研究，1964年已有产品开发，但是欧洲直到20世纪70年代末才对这种制品表现出较大的兴趣，日本在1976年就开始在水泥工业中使用镁铝尖晶石砖。近年来，国际上对镁铝尖晶石及制品的研究日益增多。

中国在20世纪劝年代开始用矾土和菱镁矿(或轻烧MgO)合成镁铝尖晶石原料的研究。近年来，还开展了一系列制取镁铝尖晶石结合镁质制品工艺的研究，取得了不少成就，但是性能优异的高纯制品却一直苦于高的烧成很度而受到限制。国内有人用活性尖晶石粉.把国外的超高温烧成工艺(1 850c)降到1 660C。但是对于一般以煤为燃料的普通耐火窑炉而言，仍是难以做到的。为此，国内的耐火材料专家及学者将自制活性镁铝胶作为结合剂，研究了用活性镁铝胶作结合剂的高纯镁砖及尖晶石结合镁砖的性能，利用镁铝胶的活性，使这两种性能优异的制品在1 550℃烧成，为在普通耐火厂的窑沪中烧制这类高级制品提供了可能。

中国某些大型钢铁企业的耐火材料研究者及专家近期研制并应用了镁铝尖晶石不烧砖。通过活性石灰回砖窑的生产实际，研制开发了镁铝尖晶石不烧砖。使用表明，研制的镁铝尖晶石不烧砖在活性石灰回转窑的烧成使用寿命达1年以上。长时间以来，直接结合镁铬砖由干具有优良的抗渣性和耐侵蚀性，被普遗用于大型碱性回转窑。但随着环保问题的日益严重，镁铬制品在使用后产生的六价铬已成为世界公认的问题，为此，研究耐剥落性好，热膨胀率低，组织脱化少及耐侵蚀的镁铝系耐火材料，作为镁铬系耐火材料最佳替代材料应用于碱性回转窑。自20世纪初不定形耐火材料出现之后，就逐步在冶金行业得到广泛的应用。今天，一些工业发达国家的不定型耐火产量几乎占耐火材料总量的一半。目前钢铁行业应用范围最广，使用最最大的耐火材料是镁铝系不定型耐材，约占不定型耐材生产总量的85%，被广泛应用在转炉、钢包、铁包、加热炉及高炉，几乎遍及所有冶金热工设备。

镁铝尖晶石(MgO·Al2O3 )具有较高的熔点、热膨胀小、热应力低、热振稳定性好，同时它具有较稳定的化学性质，对碱性熔渣具有较强的抵抗能力，是铝镁不烧砖得以使用的核心点，是提高寿命的关键物质之一。由于近年来人工合成镁铝尖晶石技术的逐步成熟，使用合成好的尖晶石材料直接生产钢包砖成为可能，可使其特性显著提高。

镁铝尖晶石的质量是关系到镁铝尖晶石砖能否达到合适效果的关键问题之一。通过试验室的试验筛选和有关资料的介绍，富镁尖晶石在20%一30%其抗侵蚀性、抗结构剥落性和抗热振性能都比较好。但钢包在生产操作过程中各种条件因素比较多，要求镁铝尖晶石加人量应在30%一40%较为合理。因此在制砖过程中，除加人生产好的人工尖晶石外，还必须加人电熔镁钞粉和刚玉粉，使之在使用过程中再生成二次尖晶石.从而提高砖体墓质部分的性能，为控制原料有害杂质特别是低熔点物Na20和K2O含量，原料的选用需特别注惫。

镁铝尖晶石(也称尖晶石)的化学式为MgO-Al2O3,含Mg0为28.3%,Al2O3为71.7%。尖晶石仅是Mg0-Al2O3二元系统相图中的一个中间化合物，其熔点为2 135 C.Bartha指出，镁铝尖晶石与镁铬尖晶石相比，主要优点是对还原性气氛如游离CO2，游离SO2/SO3及游离K2O/Na2O的抗蚀性强，以及具有较好的热稳定性与耐磨性。目前工业生产和使用的大部分尖晶石耐火材料Al2O3含量约在8%一15%之间。

氧化镁含量在90%以上、以方镁石为主晶相的碱性耐火材料。一般可分为烧结镁砖(又称烧成镁砖)和化学结合镁砖(又称不烧镁砖)两大类。纯度和烧成温度高的镁砖，由于方镁石晶粒直接接触，称为直接结合镁砖;用电熔镁砂为原料制成的砖称为电熔再结合镁砖。

镁砖有较高的耐火度，很好的耐碱性渣性能，荷重软化开始温度高，但抗热震性能差。烧结镁砖以制砖镁砖为原料，经粉碎、配料、混练、成型后，在1550~1600℃的高温下烧成，高纯制品的烧成温度在1750℃以上。不浇镁砖是在镁砂中加入适当的化学结合剂，经混炼、成型、干燥而制成。主要用于炼钢碱性平炉、电炉炉底和炉墙，氧气转炉的永久衬，有色金属冶炼炉，高温隧道窑，煅烧镁砖和水泥回转窑内衬，加热炉的炉底和炉墙，玻璃窑蓄热室格子砖等。