镁质砖是一类以氧化镁(MgO)为主要成分(通常含量在80%以上)的碱性耐火材料。它们因其优异的耐高温性能和强大的抗碱性熔渣侵蚀能力而闻名,主要用于碱性环境苛刻的工业窑炉。
镁质砖不是一个单一产品,而是一个系列。下表列出了其主要类型和核心特点:
| 类型 | 主要成分与特性 | 优点 | 缺点 | 主要应用领域 |
|---|---|---|---|---|
| 普通镁砖 | MgO≥87%,由烧结镁砂经破碎、成型、高温烧成。 | 耐火度高(>2000℃),抗碱性渣强,价格相对较低。 | 热震稳定性差,抗酸性渣能力极弱。 | 转炉、电炉、钢包、混铁炉等 |
| 镁铬砖 | MgO+Cr₂O₃,由镁砂和铬矿制成。 | 抗碱性渣优,热震稳定性优于普通镁砖,高温强度高。 | 六价铬(Cr⁶⁺)环保问题(有毒,难处理) | 水泥回转窑、平炉、精炼炉 |
| 直接结合镁铬砖 | 高纯度镁砂和铬矿,在更高温度下烧成,形成方镁石-尖晶石直接结合。 | 高温性能、抗侵蚀性、蠕变性能均优于传统镁铬砖。 | 同样存在铬污染问题。 | 水泥回转窑烧成带、RH炉、VOD炉等 |
| 镁铝尖晶石砖 | MgO+Al₂O₃,生成镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)结合相。 | 热震稳定性非常好,抗碱渣能力良好,无铬环保。 | 抗侵蚀性略逊于优质镁铬砖。 | 水泥回转窑过渡带、钢包精炼炉、玻璃窑蓄热室 |
| 镁钙砖(镁白云石砖) | MgO+CaO,游离CaO存在。 | 具有净化钢水功能(与钢水中S、P等杂质反应),抗碱性渣优。 | CaO易水化,储存和施工要求极高(需防潮)。 | AOD炉、不锈钢精炼炉 |
| 镁碳砖 | MgO+C(石墨),用树脂或沥青结合,经低温热处理。 | 卓越的抗热震性和抗熔渣渗透性,高温强度高。 | 在氧化气氛下碳易被氧化,失去保护作用。 | 转炉、电炉、钢包渣线、精炼炉 |
优点:
高耐火度:氧化镁的熔点高达2800℃,使其非常适用于超高温环境。
优异的抗碱性渣侵蚀性:这是其最核心的价值,能有效抵抗石灰(CaO)等碱性熔渣的化学侵蚀。
高强度:高温下仍能保持良好的结构强度,耐金属熔液和熔渣的冲刷。
缺点:
热震稳定性差:氧化镁的热膨胀系数较大,导致砖在温度急剧变化时容易产生裂纹和剥落。这是普通镁砖的致命弱点(镁碳砖和镁铝尖晶石砖对此有改善)。
抗酸性渣能力弱:容易被SiO₂等酸性成分侵蚀。
易水化(针对镁钙砖):含有游离CaO的镁钙砖在空气中容易吸收水分发生水化反应,导致体积膨胀粉化,因此对包装、储存和施工干燥要求极为严格。
环保问题(针对镁铬砖):含铬砖在使用后废弃时,其中的Cr³⁺可能转化为有毒的Cr⁶⁺,造成环境污染,其处理成本高昂。
镁质砖是以下高温工业不可或缺的内衬材料:
钢铁冶金工业:这是镁质砖最大的应用领域。
转炉:炉衬主要使用镁碳砖。
电炉:炉壁热点区和渣线使用镁碳砖。
精炼炉(LF炉、VOD/AOD炉):炉衬和渣线使用镁铬砖、镁碳砖或镁钙砖(AOD炉)。
钢包:渣线部位普遍使用镁碳砖。
水泥工业:
回转窑:烧成带和过渡带传统上使用镁铬砖。但由于环保要求,现在正大量被无铬的镁铝尖晶石砖、镁铁尖晶石砖等替代。
有色冶金工业:
铜、镍冶炼的反射炉、转炉、精炼炉等,用于抵抗碱性炉渣。
玻璃工业:
玻璃窑蓄热室上部格子体,使用镁铬砖或镁铝尖晶石砖,以抵抗碱性挥发物的侵蚀。
根据炉渣性质选择:这是首要原则。碱性环境用镁质砖,酸性环境则选用硅砖、锆刚玉砖等酸性材料。
考虑热震条件:如果炉子温度波动频繁剧烈,应优先选择热震稳定性好的镁碳砖或镁铝尖晶石砖,而非普通镁砖。
关注环保趋势:无铬化是行业明确的发展方向。在新建或维修窑炉时,应尽量避免使用镁铬砖,优先考虑镁铝尖晶石砖、镁铁砖等环保替代品。
严格遵守施工规范:
特别是对于镁钙砖,必须确保环境干燥,砖体不得受潮,砌筑后要快速烘炉,防止水化。
对于镁碳砖,砌筑时通常使用树脂结合的镁质干砌胶,避免用水性泥浆。
配套正确的烘炉曲线:镁质砖,尤其是体积密度高的品种,导热性好但热膨胀大,必须严格按照升温曲线烘炉,使砌体内的温度梯度平缓,避免产生过大热应力导致损坏。