烧结镁砂

GB/T 2273-1998将《镁砂》和《优质镁砂》两个国标合并成一个标准《烧结镁砂》。　烧结镁砂主要由菱镁矿、水镁矿或从海水中提取的氢氧化镁经高温煅烧而成。抗水化能力强。菱镁矿在700-950 ℃下煅烧即逸出CO2，所得的镁砂为软质多孔疏松物质，不能用于耐火材料；菱镁矿经1550-1600℃煅烧即所谓烧死的镁砂称烧结镁砂。用竖窑、回转窑等高温设备一次煅烧或二步煅烧工艺，以天然菱镁矿为原料烧制的烧死镁砂称为烧结镁砂；烧结镁砂按其理化指标划分为18个牌号，详见国标GB/T 2273-1998。以菱镁矿等为原料经电弧炉熔炼达到熔融状态冷却后形成的称为电熔镁砂；从海水中提取氧化镁制成的称为海水镁砂。高纯镁砂是选用天然特级菱镁矿石浮选提纯经轻烧、细磨、压球、超高温油竖窑煅烧而成。是制砖、不定耐火材料优质原料。中档镁砂是以MgO含量为97%的轻烧氧化镁为原料，经压球、高温竖窑煅烧等工艺生产而成。产品烧结程度好，结晶致密，是生产中档镁质耐火制品的优质原料，也可用于制造各种镁砖、镁铝砖、捣打料、补炉料等。含有杂质较多的，用于铺筑炼钢炉底等。

烧结镁砂的品种

除普通镁砂、中档镁砂外，经常提到的还有高纯镁砂、大结晶镁砂、镁钙砂(高钙镁砂)、镁硅砂(高硅镁砂)以及镁钙铁砂等。这些品种并不是截然分开的，比如有些高纯镁砂本身的方镁石结晶尺寸较大，又可算作大结晶镁砂。

普通镁砂的MgO含量通常为87%～95%，颗粒体积密度≤3.30g·㎝-3，SiO2含量≤2%，Fe2O3<10%。其中的方镁石结晶20～100µm。普通镁砂一般以菱镁矿为原料，由于杂质含量较多，多采用一步锻烧法工艺。

中档镁砂，因压球成型又称球砂，其MgO含量通常为94%～97%，颗粒体积密度≥3.30 g·㎝-3。其中的方镁石结晶20～120µm。优质镁砂通常也以菱镁矿为原料，采用二步锻烧法工艺。

高纯镁砂是相对于普通镁砂而言的。它经常用特级菱镁矿、菱镁石精矿粉或海水Mg(OH)2经二步锻烧工艺制成。对高纯镁砂的质量的要求是：①镁砂中MgO≥98%，SiO2含量小于0.4%，尤以小于0.1%者为佳。由于杂质少，方镁石晶间无硅酸盐相，经高温死烧而形成直接结合。②体积密度的要求一般在3.35～3.40g·㎝-3以上。体积密度是评价镁砂质量很重要的指标，可以反映出镁砂的烧结程度。③高纯优质镁砂CaO/SiO2比值应不小于2。CaO/SiO2比值较低时，镁砂烧结时易产生低熔点相，形成包围方镁石晶粒的液膜，阻碍直接结合的形成;比值大于2时，则形成C2S和C3S等高熔点矿物。⑤形成大结晶方镁石。镁砂中方镁石晶体尺寸10µm，镁砂质量一般;60µm的比较好;对于优质产品来说应不小于100µm;150～200µm的质量最好。

国家标准GB 2273-1998对耐火材料用各等级烧结镁砂性能指标的规定，高牌号的烧结镁砂对CaO/SiO2比值要求不小于2，。

镁砂(高铁镁砂)由高钙菱镁矿(CaO<6%)加入铁精矿或铁鳞经高温锻烧而成，主要用于电炉修补料。镁铁砂呈赤褐色、黑褐色，块状，密度3.58～3.61g·㎝-3，MgO在68%～78%，Fe2O3大于或等于10%，SiO2小于5%。镁铁砂中方镁石67%～72%，铁酸二钙10%～15%。铁酸二钙的溶液粘度很低，能够良好地润湿方镁石，在用于烧结平炉炉底时易于使炉底烧结成整体，寿命大幅度提高。

原料

MgO–C砖的主要原料包括电熔镁砂或烧结镁砂、鳞片状石墨、有机结合剂以及抗氧化剂。

镁砂

镁砂是生产MgO–C砖的主要原料，有电熔镁砂和烧结镁砂之分。电熔镁砂与烧结镁砂相比具有方镁石结晶粒粗大、颗粒体积密度大等优点，是生产镁碳砖中主要选用的原料。生产普通镁质耐火材料，对镁砂原料要求主要具有高温强度和耐侵蚀性能,因此注重镁砂的纯度及化学成分中的C/S比和B2O3含量。随着冶金工业的发展，冶炼条件日益苛刻，在冶金设备（转炉、电炉、钢包等）上应用的MgO–C砖所用的镁砂，除了化学成分外，在组织结构方面，还要求高密度和大结晶。

碳源

不论是在传统的MgO-C砖还是在大量使用的低碳MgO-C砖，主要利用鳞片状石墨作为其碳源。石墨作为生产MgO-C砖的主要原料，主要得益于其优良的物理性能：①对炉渣的不湿润性。②高的导热性。③低的热膨胀性。此外，石墨与耐火材料在高温下不发生共熔，耐火度高。石墨的纯度对MgO-C砖的使用性能影响较大，一般要使用碳含量大于95%，最好是大于98%的石墨。

除石墨外，炭黑也普遍用于镁碳砖的生产。炭黑是由烃类碳氢化合物的热分解或不完全燃烧制得的具有高度分散的黑色粉末状碳质物料，炭黑颗粒细小（小于1μm），比表面积大，碳的质量分数为90～99%，纯度高，粉末电阻率大，热稳定性高，热导率较低，属难石墨化碳。炭黑的加入可有效改善MgO-C砖的抗剥落性，增加残碳量，并提高砖的密度。

结合剂

生产MgO-C砖常用的结合剂有煤焦油，煤沥青和石油沥青，以及特殊碳质树脂，多元醇，沥青变性酚醛树脂，合成树脂等。所用到的结合剂有以下几种类型：

1）沥青类物质。焦油沥青是一种热塑性材料，具有与石墨、氧化镁亲和力大，炭化后残碳率高，成本低的特点，过去曾大量使用；但是焦油沥青中含有致癌的芳香烃，尤其是苯并茁含量高；由于环境意识的加强，现在焦油沥青的使用量在减少。

2）树脂类物质。合成树脂是由苯酚和甲醛反应制得，在常温下便能和耐火材料颗粒很好的混合，炭化后残碳率高，是当前生产MgO-C砖用主要结合剂；但它炭化后形成的玻璃态网络结构，对耐火材料的抗热震性和抗氧化性都不理想。

3）在沥青和树脂的基础上，经过改性得到的物质。如果结合剂炭化后能形成镶嵌结构和原位形成碳纤维物质，那么这种结合剂将改善耐火材料的高温性能。

抗氧化剂

为了提高MgO-C砖的抗氧化性，常加入少量的添加剂，常见的添加剂有Si、Al、Mg、Al-Si，Al-Mg，Al-Mg-Ca，Si-Mg-Ca、SiC、B4C、BN和最近报导的Al-B-C和Al-SiC-C系等添加剂[5–7]。 添加剂的作用原理大致可分为两个方面：一方面是从热力学观点出发，即在工作温度下，添加物或者添加物和碳反应生成其他物质，它们与氧的亲和力比碳与氧的亲和力大，优先于碳被氧化从而起到保护碳的作用；另一方面，即从动力学的角度来考虑添加剂与O2，CO或者碳反应生成的化合物改变碳复合耐火材料的显微结构，如增加致密度，堵塞气孔，阻碍氧及反应产物的扩散等。