铜冶金用镁铬耐火材料

铬镁砂也称镁铬矿或镁铬尖晶石，是用镁质原料(烧结镁砂、天然菱镁矿或海(卤)水氢氧化镁制得的轻烧镁粉)和铬铁矿配合，经人工合成(烧结或电炤)得到的以方镁石和铬尖晶石为主要组成矿物的碱性耐火原料。

1.制造镁铬砂的原料

①含量MgO的原料有菱镁矿、浮选镁精矿、海(卤)水提取的氢氧化镁、轻烧镁粉等。

对它的基本要求是SiO2、Al2O3、Fe2O3含量尽可能低。一般采用海水提取的轻烧镁粉或浮选镁精矿制得的轻烧镁粉等较纯的原料。我国多采用后者，要求SiO2含量低于0.5%〜1.5%，烧失量<2%。

②铬铁矿 可选用质量较好的铬铁矿或铬精矿。要求铬铁矿中的SiO2含量低：对于F2O3含量无特殊限制。我国铬铁矿的质量较差(Cr2O3含量低，SiO2含量高)，不宜直接用于合成镁铬砂，应选用铬精矿。根据使用要求，也可将铬铁矿段矿与铬精矿配合使用以控制总体SiO2含量。

2.镁铬砂中Cr2O3的含量

镁铬砂中Cr2O3的含量取决于镁砂的用途和对其性能的要求。通常铬铁矿加入量越多， 镁铬砂中尖晶石总量越高，二次尖晶石(铬铁矿中的尖晶石为一次尖晶石，铬铁矿中的在高温下向方镁石中扩散而在方镁石边缘形成的尖晶石称之为二次尖晶石含量也越高，镁铬砂的高温强度与抗侵蚀能力也越强。一般烧结镁铬砂的Cr2O3含量为5%〜15%，电熔镁砂为15%〜25%，也有高达30%〜35%的。

据我国以浮选镁精矿轻烧粉与铬精矿配合制造烧结镁铬砂的经验，Cr2O3含量为5%〜10%为最佳。当低于或超出该范围时，合成砂的显气孔率偏高，颗粒松散;在高温竖窑内煅烧时，易粘窑和结块，常使煅烧过程受阻。

3.工艺过程

图1为采用轻烧锬粉与铬铁矿(铬中矿粉与铬精矿配合使用)为原料生产烧结镁铬砂的工艺流程。将各种原料称重，按比例混合，然后送入压球机中压成球坯(干法成球)，料球直径16〜32mm，球坯密度为2.1〜2.2g/Cm3。球坯入燃油竖窑中煅烧，烧成温度2000℃，要控制好窑内气氛，以氧化气氛煅烧的合成砂质量较好。烧结砂出窑温度为100〜150℃。以轻烧镁粉和铬铁矿为原料时镁铬砂热耗为600〜700 kcal/kg。镁铬砂也可以在隧道窑和回砖窑中高温煅烧。

图1烧结镁铬砂生产流程

电熔法也是生产合成镁铬砂的常用方法，特别是对Cr2O3含量高的合成砂。它与烧结砂的区别在于方镁石与尖晶石呈直接结合结构，晶间尖晶石自形程度高;组织致密、颗粒气孔率低;硅酸盐相含量相对较低。因而电熔镁铬砂具有更好的抗侵蚀性能。用它制做大颗粒再结合镁铬砖甚至可以达到电熔镁铬砖的性能，明显优于烧结砂。而烧结砂则热震稳定性好、成本低。

镁铬尖晶石是镁铬砂的主要组成矿物之一，理论组成为MgO 21.0%， Cr2O3 79.0%，属立方晶系，密度4.429g/cm3，熔点2180℃莫氏硬度5.5，25〜900℃的线膨胀系数5.70〜8.55×10-6℃-1。

由于所用的原料铬铁矿成分比较复杂，所以人工合成的镁铬砂往往含有由FeO、MgO 与Fe2O3、Al2O3、Cr2O3组成的多种尖晶石。烧结镁铬砂的Cr2O3含量—般为5%〜15%，体积密度3.30〜3.40g/cm3;电熔镁铬砂有中铬与高铬之分，中铬砂的Cr2O3为15%〜30%，Cr2O3含量大于30%的可算作是高铬砂。电熔镁铬砂的体积密度为3.6〜4.2g/cm3。表1为各种镁铬砂的物理化学性能。

表1铬镁砂的理化性能

在烧结镁铬砂的结构中，方镁石已明显尖晶石化，即在方镁石晶体内部有星点状镁铬尖晶石，尺寸一般为15〜30μm，方镁石晶体较大，一般为150〜180μm方镁石晶体之间有发育完整的镁铬尖晶石，一般为0〜40μm。硅酸盐相少见，气孔较少，且大小基本一致，分布均匀。在Cr2O3含量较高的烧结镁铬砂中，有时还存在有铬铁矿颗粒，其周围为镁铬尖晶石，以此种砂制砖热震稳定性较好。

合成镁铬砂的矿物组成是很复杂的，除方镁石、铬尖晶石外，还有钙镁橄榄石(CMS)、镁橄榄石(M2S)和铁铝酸四钙(C4AF)等。表2为两种电熔镁铬砂的矿物组成实例，可见尖晶石含量与Cr2O3+Al2O3+Fe2O3的含量有关。

表2电熔镁铬砂的矿物组成