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中文名：鎂鉻磚
英文名：magnesite chrome brick
定義：鎂鉻磚以氧化鎂(MgO)和三氧化二鉻 (Cr2O3)為主要成分，方鎂石和尖晶石為主要礦物組分的耐火材料制品。這類磚耐火度高，高溫強(qiáng)度大，抗堿性渣侵蝕性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，對酸性渣也有一定的適應(yīng)性。制造鎂鉻磚的主要原料是燒結(jié)鎂砂和鉻鐵礦。鎂砂原料的純度要盡可能高，鉻鐵礦化學(xué)成分的要求為：Cr2O3：30～45%，CaO：≤1.0～1.5%。
鎂鉻磚是含MgO：55%?80%、Cr2O3：8%?20%的堿性耐火制品(相圖如圖4-18所示)，以方鎂石和復(fù)合尖晶石XO·Y2O3為主晶相，其中XO主要是MgO、FeO;Y2O3主要是Cr2O3、Al2O3、Fe2O3。其中XO和Y2O3的摩爾數(shù)相等，多余的Y2O3固溶于復(fù)合尖晶石中。還有少量的硅酸鹽相(鎂橄欖石和鈣鎂橄攬石)。
分類：
根據(jù)制品所用原料和工藝特點(diǎn)，可分為硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚、直接結(jié)合鎂鉻磚、再結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合鎂鉻磚、預(yù)反應(yīng)鎂鉻磚、不燒鎂鉻磚和熔鑄鎂鉻磚。
特點(diǎn)：鎂鉻磚耐高溫、耐腐蝕。
理化指標(biāo)：
鎂鉻磚的性質(zhì)、性能指標(biāo)。典型鎂鉻磚的組成與性能見表1所列。
鎂鉻磚的尺寸允許偏差及外觀應(yīng)符合表2的規(guī)定。
表1 典型鎂鉻磚的組成與性能
表2 鎂鉻磚的尺寸允許偏差及外觀 單位：mm
用途：
鎂鉻磚主要用于冶金工業(yè)，如構(gòu)筑平爐爐頂、電爐爐頂、爐外精煉爐以及各種有色金屬冶煉爐。超高功率電爐爐壁的高溫部位采用熔鑄鎂鉻磚，爐外精煉爐高侵蝕區(qū)采用合成料制成的鎂鉻磚，有色金屬閃速熔煉爐高侵蝕區(qū)采用熔鑄鎂鉻磚、合成料制成的鎂鉻磚。此外，鎂鉻磚還用在水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶和玻璃窯的蓄熱室等部位。
銅冶煉熱工窯爐用鎂鉻磚的種類都有哪些?怎么配置?
鎂鉻磚是銅冶煉熱工窯爐應(yīng)用最多的耐火磚，在頂吹轉(zhuǎn)爐、臥式轉(zhuǎn)爐、陽極爐、閃速爐、電爐、基夫賽特爐、澳斯麥特爐、反射爐、富氧底吹爐等等常見的銅冶煉熱工窯爐中，鎂鉻磚都是主要配置。
鎂鉻磚在閃速爐反應(yīng)塔中的應(yīng)用
鎂鉻磚根據(jù)其生產(chǎn)方式的不同，大致可分為六種不同類型。1)硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚;2)直接結(jié)合鎂鉻磚;3)電熔再結(jié)合鎂鉻磚;4)半再結(jié)合鎂鉻磚;5)熔鑄鎂鉻磚;6)化學(xué)結(jié)合不燒鎂鉻磚;其中，銅冶煉熱工窯爐中，應(yīng)用最為廣泛的屬：直接結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合鎂鉻磚和電熔再結(jié)合鎂鉻磚三種。
一、直接結(jié)合鎂鉻磚
直接結(jié)合鎂鉻磚具有較高的高溫強(qiáng)度、抗渣性、抗侵蝕、耐沖刷、耐腐蝕及優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性和在1800℃下的體積穩(wěn)定性。直接結(jié)合鎂鉻磚的主要應(yīng)用部位有：頂吹轉(zhuǎn)爐的爐底、爐墻的非工作層;臥式轉(zhuǎn)爐筒體四周;陽極爐的筒體四周;基夫賽特爐爐壁;澳斯麥特爐爐壁;反射爐爐頂、爐壁;富氧底吹爐渣線上部。
二、電熔再結(jié)合鎂鉻磚
電熔再結(jié)合鎂鉻磚是以電熔法將原料熔融制成電熔鎂鉻料，粉碎成一定顆粒粒度，經(jīng)混料、成型、燒結(jié)而成。再結(jié)合鎂鉻磚為氣孔分布均勻地細(xì)?；|(zhì)，并具有微小裂紋，對溫度急變的敏感性優(yōu)于熔鑄轉(zhuǎn)。電熔再結(jié)合鎂鉻磚高溫性能介于熔鑄磚和直接結(jié)合磚之間。
電熔再結(jié)合鎂鉻磚的主要應(yīng)用部位有：頂吹轉(zhuǎn)爐爐膛工作層，與銅液直接接觸;臥式轉(zhuǎn)爐爐口;陽極爐的爐口;閃速爐反應(yīng)塔;電爐爐口;基夫賽特爐爐底工作層;澳斯麥特爐爐壁、爐底;富氧底吹爐渣線下部、風(fēng)眼區(qū)。
三、半再結(jié)合鎂鉻磚
半再結(jié)合鎂鉻磚是指以部分電熔鎂鉻砂為原料燒成的耐火制品。半再結(jié)合鎂鉻磚的主要礦物組成為方鎂石、尖晶石和少量硅酸鹽。其抗熱震生優(yōu)于直接結(jié)合鎂鉻磚。半再結(jié)合鎂鉻磚的主要應(yīng)用部位有：閃速爐沉淀池池壁;電爐爐膛;澳斯麥特爐;反射爐爐底工作層、出銅口;
在實(shí)際的應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)窯爐結(jié)構(gòu)、工況環(huán)境來進(jìn)行合理的鎂鉻磚配置。除了上述的鎂鉻磚外，在銅冶金熱工窯爐中還會用到鎂鉻質(zhì)搗打料、鎂砂填料、鎂鉻質(zhì)澆注料等鎂鉻質(zhì)不定形耐火材料。
直接結(jié)合的鎂鉻磚中存在的一些問題
在20世紀(jì)60年代時期，采用直接結(jié)合的方法制備的鎂鉻磚具有良好的各項(xiàng)性能，成功的替代了采用硅酸鹽結(jié)合制備的鎂鉻磚，在水泥窯的燒成帶上大面積的應(yīng)用。
但是，直接結(jié)合的鎂鉻磚中也有一些問題存在：
(1)鎂鉻磚在水泥窯的燒成帶上會和水泥熟料反應(yīng)，產(chǎn)生低熔物質(zhì)，比如：在1335℃時，會生成C12A7，在1395℃時，會生成C4AF，在1500℃時，會生成CMS，在1575℃時，會生成C3MS2，而且這些低熔點(diǎn)礦物相會滲透到耐火磚的深處，致使在耐火磚的表層不容易形成較厚的窯皮層。從而導(dǎo)致耐火磚的耐化學(xué)腐蝕能力變差，應(yīng)用時間變短。
(2)水泥回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)處于氧化氣氛當(dāng)中時，三價Cr3+氧化生成六價Cr6+。隨后，鎂鉻磚會被硫酸鹽嚴(yán)重腐蝕，從而將Cr6+的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘奈镔|(zhì)，這些含有六價鉻離子的物質(zhì)會跟隨著用后耐火磚和廢氣排放等途徑排放到外面。眾所周知，六價Cr6+的化合物含有劇毒，會嚴(yán)重污染環(huán)境，對生物造成嚴(yán)重的危害，甚至致癌。
(3)水泥回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)處于還原氣氛當(dāng)中時，CO可以與鎂鉻磚中的鎂鉻鐵礦發(fā)生還原反應(yīng)，生成鎂方鐵礦。而且假設(shè)水泥回轉(zhuǎn)窯窯體內(nèi)部的還原氣氛轉(zhuǎn)化為氧化氣氛，會導(dǎo)致耐火磚磚體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全解體，減少耐火磚的使用時間。
(4)應(yīng)用鎂鉻磚的水泥窯的窯皮成分大多為硫酸二鈣，窯體冷卻的時候，β-C2S變?yōu)棣?C2S，導(dǎo)致窯皮成粉末狀，最終剝落，縮短了鎂鉻質(zhì)磚的應(yīng)用時間。
隨著環(huán)保政策的加強(qiáng)，人們的環(huán)保意識也在不斷地提升。其在全世界范圍內(nèi)被要求停止使用，針對此現(xiàn)狀，提出了無鉻化這一新的想法。盡管水泥窯用耐火材料的無鉻化已經(jīng)提出很多年，但是現(xiàn)在可以取代鎂鉻磚的無鉻耐火磚依然沒有研發(fā)出來。一些耐火材料行業(yè)的研究人員，為了達(dá)到材料的循環(huán)再應(yīng)用、降低有害氣體的排放量、延長使用時間等目的，始終改變著鎂鉻磚的各項(xiàng)性能：
(1)要求使用的鎂鉻磚中鉻的含量低;
(2)使用后的鎂鉻磚循環(huán)再應(yīng)用，二次尖晶石的結(jié)晶會在表面上形成，從而增強(qiáng)了澆注料的強(qiáng)度[3吣減少了鎂鉻磚廢磚的排放量，減輕了環(huán)境污染的程度;
(3)采用FeS04、MnS04等比較強(qiáng)的還原性物質(zhì)，與用后的鎂鉻磚發(fā)生還原反應(yīng)，將有劇毒的Cr^轉(zhuǎn)化成沒有毒性的耐火材料，似是這種還原方法不但成本較高、合成的工藝也很復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)投入到大面積的工業(yè)化生產(chǎn)中;
(4)通過往鎂鉻磚里面加入添加劑，例如：納米Fe2O3、Al2O3、ZrO2等，能夠增強(qiáng)鎂鉻磚磚體的各項(xiàng)高溫性能、提高材料的結(jié)合能、促進(jìn)燒結(jié)、降低了鎂鉻磚磚體的顯氣孔率。
不同鎂鉻磚抗熱震與抗侵蝕性能對比
根據(jù)原料以及生產(chǎn)工藝的不同，常用于銅冶煉工業(yè)中的鎂鉻磚可分為：1)普通硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚;2)直接結(jié)合鎂鉻磚;3)再結(jié)合鎂鉻磚;4)半再結(jié)合鎂鉻磚;5)共燒鎂鉻磚;6)熔鑄鎂鉻磚。
這6種鎂鉻磚其抗熱震性及抗侵蝕性能不同，一般來說，耐火材料不能同時兼顧抗熱震性以及抗侵蝕性。
圖1不同工藝鎂鉻磚的抗熱沖擊性能對比
圖1為H.Barthel研究的不同鎂鉻質(zhì)耐火材料抗熱震性結(jié)果，從抗熱沖能力來看，硅酸鹽鎂鉻質(zhì)耐火材料最優(yōu)，直接結(jié)合鎂鉻磚稍次，電熔再結(jié)合鎂鉻的抗熱沖擊性能稍差;而全合成鎂鉻磚在抗沖擊性能方面的表現(xiàn)中規(guī)中矩，略次與直接結(jié)合鎂鉻磚，優(yōu)于電熔在結(jié)合鎂鉻磚。
表1不同鎂鉻磚抗轉(zhuǎn)爐渣侵蝕結(jié)果
表1為G.P.Carswell等利用回轉(zhuǎn)抗渣試驗(yàn)法研究了銅—鎳轉(zhuǎn)爐渣對各種不同鎂鉻耐火材料的侵蝕的結(jié)果，由其中可知根據(jù)直接結(jié)合程度的不同，鎂鉻磚的抗渣性隨著直接結(jié)合程度的降低而降低。
綜合上述結(jié)果可知，優(yōu)良的抗渣性以及一定的熱震性能，使得熔鑄鎂鉻磚具廣闊的應(yīng)用前景;在目前的火法煉銅工藝中，鎂鉻磚以其優(yōu)良的抗渣性廣泛運(yùn)用在整個工藝中;在轉(zhuǎn)爐吹煉中的關(guān)鍵部位一般采用電熔再結(jié)合鎂鉻或高鉻含量的直接結(jié)合鎂鉻磚，在轉(zhuǎn)爐吹煉這些存在較強(qiáng)熱震的位置一般采用抗熱震性能較好的直接鎂鉻磚。
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