一、制備工藝對(duì)鎂鉻磚性能的影響
生產(chǎn)工藝的不同使得鎂鉻材料的結(jié)構(gòu)存在明顯差異，進(jìn)而影響鎂鉻磚的性能。例如，直接結(jié)合鎂鉻磚熱震穩(wěn)定性好，電熔再結(jié)合鎂鉻磚的抗侵蝕性能強(qiáng)，半再結(jié)合鎂鉻磚的性能介于兩者之間。為此，本部分將詳細(xì)討論生產(chǎn)工藝對(duì)鎂鉻磚性能的影響。
制備工藝和鉻礦對(duì)鎂鉻磚性能的影響
1.組織結(jié)構(gòu)性能
不同生產(chǎn)工藝制備的鎂鉻耐火材料的顯氣孔率、體積密度也不同。
不同工藝的鎂鉻耐火材料的氣孔率和體積密度差異較大，氣孔率變化規(guī)律如下：硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料（T)>直接結(jié)合鎂鉻耐火材料(C)>半再結(jié)合鎂鉻耐火材料(B)>電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料（D);體積密度則呈相反趨勢(shì)。這主要是由工藝不同引起的，優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚（電熔再結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚）由于其生產(chǎn)原料純度高、成型壓力高、燒成溫度高，因此制品的結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低，體積密度大。由此可見(jiàn)，生產(chǎn)工藝對(duì)耐火材料性能影響很大。
熱態(tài)強(qiáng)度
生產(chǎn)工藝對(duì)鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度的影響
不同工藝的鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度變化規(guī)律如下：硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料<直接結(jié)合鎂鉻耐火材料<半再結(jié)合鎂鉻耐火材料<電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料。由于高溫抗折強(qiáng)度主要代表了磚中各礦物的結(jié)合情況，這說(shuō)明電熔再結(jié)合鎂鉻磚的結(jié)合強(qiáng)度最大，因而高溫下其抗侵蝕沖刷能力最好。
由于液相在不同晶粒間的滲透能力要低于在相同晶粒間的滲透能力，當(dāng)液相含量固定時(shí)，第二固相的出現(xiàn)會(huì)使固-固接觸增加，從而能夠提高磚的高溫強(qiáng)度。在生產(chǎn)電烙再結(jié)合鎂鉻磚或半再結(jié)合鎂鉻磚時(shí)，添加預(yù)合成鎂鉻砂為原料，從而提高了第二固相的含量，使磚的高溫強(qiáng)度增大。
從圖3-6中可以看出，不同工藝的鎂鉻耐火材料高溫強(qiáng)度變化規(guī)律如下：硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火材料<直接結(jié)合鎂鉻耐火材料<半再結(jié)合鎂鉻耐火材料<電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料。由于高溫抗折強(qiáng)度主要代表了磚中各礦物的結(jié)合情況，這說(shuō)明電熔再結(jié)合鎂鉻磚的結(jié)合強(qiáng)度最大，因而高溫下其抗侵蝕沖刷能力最好。
由于液相在不同晶粒間的滲透能力要低于在相同晶粒間的滲透能力，當(dāng)液相含量固定時(shí)，第二固相的出現(xiàn)會(huì)使固-固接觸增加，從而能夠提高磚的高溫強(qiáng)度。在生產(chǎn)電烙再結(jié)合鎂鉻磚或半再結(jié)合鎂鉻磚時(shí)，添加預(yù)合成鎂鉻砂為原料，從而提高了第二固相的含量，使磚的高溫強(qiáng)度增大。
2.熱震穩(wěn)定性
采用1100℃，風(fēng)冷1次后的殘存強(qiáng)度百分率比較各種鎂鉻磚的熱震穩(wěn)定性，結(jié)果如圖3-7所示。由圖3-7可知，不同生產(chǎn)工藝鎂鉻磚中普通鎂鉻磚的熱震穩(wěn)定性最好，半再結(jié)合鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚次之，電熔再結(jié)合鎂鉻磚最差。
各種鎂鉻磚的熱震穩(wěn)定性
3.抗渣性
由于晶間尖晶石是從硅酸鹽液相中析出的，因此少量SiO2的存在對(duì)晶間尖晶石形成有利。但SiO2含量多了，液相量會(huì)顯著増加，從而降低鎂鉻磚高溫強(qiáng)度并有助于外來(lái)熔體沿液相渠道的滲入，使侵蝕加劇。CaO含量高了，會(huì)顯著降低出現(xiàn)液相的溫度，對(duì)高溫強(qiáng)度與抗侵蝕不利，特別是在鎂鉻磚中A12O3與Fe2O3含量高時(shí)更為顯著。因此，在制作優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚時(shí)，應(yīng)盡量選用SiO2、CaO、Fe2O3(FeO)含量低，而Cr2O3、A12O3含量高的鉻礦為原料。
二、鉻礦對(duì)鎂鉻磚性能的影響
鉻礦是生產(chǎn)鎂鉻磚的主要原料，因來(lái)源的不同，其主要雜質(zhì)含量各異。此外，鉻礦的加入量也會(huì)對(duì)鏷鉻磚的性能產(chǎn)生影響。本部分將主要闡明鉻礦來(lái)源及加入量對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響。
1.鉻礦粒度的影響
國(guó)產(chǎn)的高鉻礦w(Cr2O3)>53%)雖氧化鐵含量遠(yuǎn)低于南非鉻礦，但二氧化硅含量較高。為此，主要研究了國(guó)產(chǎn)高鉻礦的粒度組成對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響。制品的耐壓強(qiáng)度隨著鉻礦臨界粒度的減小而提高，高溫抗折強(qiáng)度（1400℃，0.5h)則隨著鉻礦臨界粒度的減小而降低，鉻礦臨界粒度為1.5mm時(shí)，熱震穩(wěn)定性出現(xiàn)峰值。
鉻礦粒度鉻礦對(duì)鎂鉻磚性能的影響
2.鉻礦加入量的影響
將電熔鎂砂與南非鉻礦按照不同的比例配制成Cr2O3含量不同的直接結(jié)合鎂鉻試樣，在1740℃的高溫隨道窯中燒成，所用電熔鎂砂、南非鉻礦以及鎂鉻試樣的化學(xué)成分見(jiàn)表3-2。
在1740℃的高溫隨道窯中燒成，所用電熔鎂砂、南非鉻礦以及鎂鉻試樣的化學(xué)成分
南非鉻礦對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響
隨著鉻礦含量的增加，直接結(jié)合鎂鉻試樣的顯氣孔率降低、體積密度增加、熱震穩(wěn)定性提高。光學(xué)顯微鏡、SEM和EDAX分析表明，高溫煅燒之后，南非鉻礦中的絕大多數(shù)氧化鐵均進(jìn)人方鎂石相中，形成（MgO、FeO)固溶體或鐵酸鎂二次尖晶石。在前面分析中曾提到，形成（Mg,Fe)O時(shí)體積收縮20%，而且在有CaO存在下，在1500℃就已有液相出現(xiàn)，促使致密燒結(jié)，這就是南非礦使燒結(jié)合成料體積密度增加，氣孔率下降的原因之一。
南非鉻礦對(duì)直接結(jié)合鎂鉻磚性能的影響
EDAX分析鎂富氏體相成分可知：各倍半氧化物在方鎂石的固溶量次序?yàn)椋篎e2O3>Cr2O3>Al2O3,雖也有一定量氧化鎂通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入鉻鐵尖晶石中，但比較而言，鉻鐵尖晶石中的倍半氧化物（尤其是Fe203)進(jìn)人方鎂石中的量大于氧化鎂進(jìn)入鉻鐵復(fù)合尖晶石中的量。故經(jīng)高溫煅燒后，鎂砂與鉻礦的成分均發(fā)生變化，方鎂石中形成了較多的二次尖晶石，其典型成分（EDAX分析，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：MgO 75.90%，Al2O3 3.21%，F(xiàn)e2O3 15.49%，Cr2O3 5.42%。鉻礦顆粒的成分變化也較大，鉻礦顆粒的典型化學(xué)成分為（直接結(jié)合的邊界）；MgO 21.69%，Cr2O3 47.35%，A12O3 12.31%，F(xiàn)e2O3 12.73%，故該直接結(jié)合鎂鉻材料的直接結(jié)合程度高。所以隨著鉻礦含量的增加，顯著地改善了鎂鉻試樣的物理性能。
直接結(jié)合鎂鉻磚抗有色冶煉介質(zhì)侵蝕性能與鉻礦含量的關(guān)系
隨著試樣中Cr203含量的增加，其抗有色冶煉介質(zhì)的侵蝕能力明顯增加，抗侵蝕和抗?jié)B透能力。
三、鎂鉻耐火制品的種類(lèi)與特征
自1915年生產(chǎn)鎂鉻磚以來(lái)，鎂鉻磚的生產(chǎn)用原料和工藝在不斷改進(jìn)。鎂鉻耐火制品的品種也日益豐富，有硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚、直接結(jié)合鎂鉻磚以及優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚，如熔鑄鎂鉻磚、電熔再結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合鎂鉻磚以及全合成鎂鉻磚等?，F(xiàn)就常用鎂鉻磚的制備、特點(diǎn)和顯微結(jié)構(gòu)特征總結(jié)如下。
1、硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚
硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚又稱(chēng)普通鎂鉻磚。這種磚是由雜質(zhì)（主要是SiO2與CaO)含量較高的鉻礦與鎂砂制成的，燒成溫度不高，在1550℃。其顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：耐火物晶粒之間由熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)低的硅酸鹽相結(jié)合在一起，故稱(chēng)之為硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚。硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚的典型顯微結(jié)構(gòu)照片如圖3-1所示。
在圖3-1a中，灰色顆粒為鎂砂，白色的中顆粒為鉻礦。在圖3-1b中，白色顆粒為鉻礦，灰色渾圓狀顆粒為鎂砂，由于該硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚燒成溫度高，大于1580℃，因此，鎂砂顆粒內(nèi)包含有大量的尖晶石脫溶相。由圖3-1可知：硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚的基質(zhì)中主晶相為粒狀方鎂石，鎂砂和鉻礦顆粒間或各自顆粒間則多以灰白色薄膜狀硅酸鹽（CMS)膠結(jié)相或?yàn)闅饪姿綦x，其次有少量的復(fù)合尖晶石（白色）填充于方鎂石晶間，但直接結(jié)合程度很低。基質(zhì)為較致密的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，氣孔多為條狀，少部分呈封閉趨勢(shì)。由于硅酸鹽結(jié)合的顯微結(jié)構(gòu)特征不利于普通鎂鉻耐火制品的高溫力學(xué)性能和抗化學(xué)侵蝕性能，因此硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚通常用于對(duì)性能要求不苛刻的部位。
2、直接結(jié)合鎂鉻磚
直接結(jié)合鎂磚是在硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚的基礎(chǔ)上，盡可能降低原料中雜質(zhì)（尤其是Si02和CaO的含量）的含量，即采用雜質(zhì)含量較低的鉻精礦和較純的鎂砂為原料制備而成的鎂鉻磚。由于磚中的雜質(zhì)含量低，故多采用高溫?zé)桑蓽囟韧ǔＴ?700℃以上）。由于采用了純度較高的原料，因此磚中的硅酸鹽結(jié)合相數(shù)量減少，雜質(zhì)含量少，耐火物晶粒之間多呈直接接觸，故稱(chēng)之為直接結(jié)合鎂鉻磚。
從圖3-2中可以明顯看出，直接結(jié)合鎂鉻磚基質(zhì)中的主晶相仍為粒狀方鎂石，其晶內(nèi)亦包含有大量的尖晶石脫溶相（方鎂石晶粒內(nèi)的白色析出物），其次有少量的復(fù)合尖晶石（白色）和灰白色薄膜狀硅酸鹽相填充于方鎂石晶間。主晶相方鎂石主要通過(guò)方鎂石-方鎂石、方鎂石-鉻礦（復(fù)合尖晶石）結(jié)合在一起，即晶粒間以直接結(jié)合為主；另一部分則通過(guò)少量的硅酸鹽相薄膜膠結(jié)在一起。直接結(jié)合的顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)顯著提高了該種鎂鉻磚的高溫性能、抗侵蝕與抗沖刷，使其成為目前應(yīng)用較普遍的一種鎂鉻磚。直接結(jié)合鎂鉻磚在有色冶煉爐、水泥窯等使用條件苛刻的部位均得到了廣泛應(yīng)用。
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3、電熔再結(jié)合鎂鉻磚
國(guó)外通常將全由人工合成原料、共燒結(jié)鎂鉻料或電熔鎂鉻料（或加有部分電熔鎂砂）制作的鎂鉻磚皆稱(chēng)為再結(jié)合鎂鉻磚。而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電熔再結(jié)合鎂鉻磚通常以電熔預(yù)合成的鎂鉻料為原料，由于原料純度高，故需要在1750℃以上的高溫或超高溫下燒成。此外，因該工藝借助電熔法預(yù)先制取尖晶石化完全、直接結(jié)合率高、相分布均勻的鎂鉻合成料，從而獲得了較為均勻的結(jié)構(gòu)，使方鎂石固溶體兼?zhèn)淇篃嵴鹦院涂骨治g性的優(yōu)點(diǎn)，提高了制品的性能。
灰色顆粒為鎂砂，含白色脫溶相的顆粒為電熔預(yù)合成的鎂鉻砂。白色顆粒為鉻礦，灰色所含脫溶相較小的顆粒為鎂砂，灰色所含脫溶相較大的顆粒則為電熔預(yù)合成的鎂鉻砂。電熔再結(jié)合鎂鉻磚基質(zhì)部分以電熔鎂鉻砂為主，其次有較多的復(fù)合尖晶石（白色）填充于鎂鉻砂晶間?；|(zhì)結(jié)構(gòu)呈致密的網(wǎng)絡(luò)狀，耐火晶粒間呈直接結(jié)合，無(wú)硅酸鹽結(jié)合相。
4、半再結(jié)合鎂鉻磚
半再結(jié)合鎂鉻磚是介于電熔再結(jié)合鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚之間的一種鎂鉻磚。生產(chǎn)所用原料既有電熔預(yù)合成鎂鉻砂，又有鉻精礦和鎂砂。這類(lèi)磚也是在1700℃以上高溫?zé)?，磚內(nèi)耐火物晶粒之間常以直接結(jié)合為主。其優(yōu)點(diǎn)是抗熱震性較好，抗侵蝕、抗沖刷也不錯(cuò)。
由圖3-4可見(jiàn).半再結(jié)合鎂鉻磚的顯微結(jié)構(gòu)既有直接結(jié)合鎂鉻磚的特點(diǎn)又有電熔再結(jié)合鎂鉻磚的特點(diǎn)?；|(zhì)部分，主晶相為粒狀方鎂石，其晶內(nèi)包含有大量的尖晶石脫溶相，其次為復(fù)合尖晶石（白色）和少量灰白色薄膜狀硅酸鹽相(CMS)填充于方鎂石晶間?；|(zhì)結(jié)構(gòu)呈多孔的網(wǎng)絡(luò)狀。主晶相方鎂石大部分通過(guò)方鎂石-復(fù)合尖晶石直接結(jié)合，少數(shù)通過(guò)硅酸鹽相膠結(jié)在一起。
5、熔鑄鎂鉻磚
焙鑄鎂鉻磚主要生產(chǎn)過(guò)程為：用鎂砂和鉻礦加人一定量外加劑，經(jīng)混合、壓坯與素?zé)?，破碎成塊，進(jìn)電弧爐熔融，再注人模內(nèi)退火，生產(chǎn)成母磚；母磚經(jīng)切、磨等加工制成所需要的磚型即可。熔鑄鎂鉻磚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是成分分布均勻，耐火物晶粒之間主要為直接接觸，硅酸鹽以孤島狀存在。這種磚抗熔體熔蝕、滲透與沖刷特別好，是專(zhuān)為有色冶煉開(kāi)發(fā)的制品，最適宜砌在連續(xù)式生產(chǎn)設(shè)備熔煉爐如閃速爐反應(yīng)塔下部與沉淀池渣線區(qū)等。
6、化學(xué)結(jié)合不燒鎂鉻磚
該類(lèi)型的磚通常采用鎂砂與鉻礦為制磚原料，以聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉或水玻璃為結(jié)合劑壓制而成，因不需高溫?zé)?，只?jīng)200℃左右溫度烘烤，故稱(chēng)之為化學(xué)結(jié)合不燒鎂鉻磚。由于這種磚未經(jīng)高溫?zé)?，磚中鎂砂會(huì)發(fā)生水化，因此這種磚不能長(zhǎng)期存放。
綜上可見(jiàn)，鎂鉻耐火材料的種類(lèi)繁多?，F(xiàn)常用的鎂鉻耐火材料有直接結(jié)合鎂鉻磚（一般由鎂砂與鉻礦直接結(jié)合）、電熔再結(jié)合鎂鉻磚（以電熔鎂鉻砂為原料）、半再結(jié)合鎂鉻磚（添加部分電熔鎂鉻砂）等。