镁橄榄石质耐火材料的应用
发布日期： 2019-08-06 09:24:55 阅读量（1312） 作者：刘梓明早在20世纪30年代，镁橄榄石质材料就在欧洲和美国已开始使用，但由于各种原因，发展较慢，使用范围较窄。到了20世纪60年代苏联学者AleksandrovaTA等研究采用煅烧镁橄榄石为原料，制备镁橄榄石质耐火材料应用于平炉内衬、水泥窑内衬等。后来的学者AntonovGI等进一步将含镁橄榄石耐火材料用作钢包内衬，因其具有优异的抗侵蚀性，寿命可以与镁铬质的内衬相当，将镁橄榄石耐火材料用于钢包内衬的渣线部位时，它的使用性能优异于硅酸铝质耐火砖。
镁橄榄石耐火材料以砖、砌块、板、捣打料、喷补料及成型制品等形式成功地使用于中间包、电炉、高炉出铁沟、盛钢桶等，不需要经过煅烧即可直接作为耐火原料使用，这也是镁橄榄石耐火材料的一个特点。直接将镁橄榄石作为耐火材料使用的有：中间包涂料、转炉喷补料等。国内许多钢厂用镁橄榄石耐火材料作为隔墙砖和中间包衬面，且没有发生因使用镁橄榄石质喷涂料导致钢水中Si含量增加的现象。
镁橄榄石导热率较低，仅为方镁石的1/4-1/3，可以用于制备高温隔热耐火材料。学者们对镁橄榄石质隔热耐火材料进行了大量的研究，张显使用镁橄榄石和镁砂作为主要原料，粘土作为结合剂，通过泡沫法制备了微孔、高强度的镁橄榄石产品，体积密度<1.6g/cm3，耐压强度可达15MPa;导热系数≤0.8W/(m·k)(600℃)，样品中形成了大量均匀分布的微气孔。丁军等以天然镁橄榄石作原料，复合熔盐NaCl+Na2SO4+Na2CO3作为熔盐介质，经过1000℃-1150℃反应烧结10h后，获得具有显气孔率在53%-67%，体积密度在1-1.4g/cm3之间，小尺寸气孔，耐压强度在4-6MPa的镁橄榄石轻质材料。
为了减少镁铬质耐火材料中Cr6+的影响，在玻璃窑蓄热室中可用镁橄榄石耐火材料来代替镁铬质耐火材料，取得了良好的效果。蓄热室中部，该部位工作温度为800℃-1100℃，是硫酸盐的凝聚区，也是蓄热室损毁严重的部位之一。使用镁橄榄石砖代替镁铬砖的结果表明，镁橄榄石制品具有良好的抗硫酸盐侵蚀性、抗高温蠕变性能好和荷重软化温度高，而且成本较镁砖更低。
为了确保产品中不存在单相SiO2、FeO以及MgO·SiO2，通常需要向原材料中添加一部分轻烧的氧化镁或烧结镁砂。另外，因为镁橄榄石的性质及使用条件限制，除了氧化镁，通常还可添加一些其他的耐火原料与镁橄榄石一起使用，比如有：菱镁矿、硅线石、水镁石、蓝晶石和红柱石等。例如，使用煅烧橄榄岩和烧结镁砂为主要原料，多聚磷酸钠为结合剂，制备出了橄榄石浇注料，将镁橄榄石浇注料应用于煅烧镁砂的隧道窑内，使用效果优于目前常用的镁铬产品。
图1 2MgO·SiO2-2FeO·SiO2系相图
然而，由于Mg2+和Fe2+原子半径大小相近，天然的镁橄榄石通常都含有少量氧化钙和氧化铁杂质，并有铁橄榄石伴生，两者可以相互替代形成共融化合物(图1)。铁橄榄石中的氧化亚铁在800℃时会被氧化为Fe2O3，在1150~1480℃以上会转变为高铁玻璃，此时镁橄榄石开始发生强烈的重结晶。开始生成的Fe2O3局部转变为Fe3O4，部分Fe2O3与2MgO·SiO2作用生成MgO·SiO2(顽火辉石，熔点1557℃)和MgO·Fe2O3固溶体。这一转化过程伴随较大的体积效应，这也是以天然镁橄榄石为原料制得的镁橄榄石质耐火材料热震稳定性不高的原因之一。此外，铁橄榄石的低熔点(1250℃)将严重影响高温性能，所以在选择原料时应严格控制铁含量。天然矿物中的氧化铝和氧化钙也是对镁橄榄石质耐火材料有害的杂质。高温下，氧化铝以堇青石或尖晶石，氧化钙以钙橄榄石或钙斜长石的形式存在，这些矿物相容易在多元系统中形成低熔点共熔物，这对制品有不利影响。因此，在制备镁橄榄石产品时，氧化铝和氧化钙的含量应分别限制在2.0%和1.5%以下。
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