镁铬砖性能受哪些影响，以及损坏机理介绍

以烧结镁(MGO含量89%-92%)和耐火铬，将其混炼、高压、干燥于1550-1600℃烧制而成的镁铬砖为主要原料。普通镁铬砖由于杂质含量高，且耐火晶粒间有硅酸盐结合，因此烧成的镁铬砖也称为硅酸盐结合镁铬砖，简称镁铬砖。生产镁铬砖的主要原料是烧结镁和铬铁矿。对镁的原料纯度应尽量提高，铬铁矿化学成分要求为：Cr2O3:30~45%,CaO：≤1.0~1.5%。

铬矿对镁铬砖性能的影响

铬矿石是生产镁铬砖的主要原料，由于产地的不同，其中主要杂质含量不一。另外，铬矿中加入铬元素也会对其性能产生影响。这部分主要阐述了铬的来源和添加量对直接粘结镁铬砖性能的影响。

1.铬矿粒大小的影响。

我国高铬矿(Cr2O3)>53%)虽然氧化铁含量比南非铬矿石低得多，但其二氧化硅含量较高。因此，重点研究了国产高铬矿石的粒度组成对直接镁铬砖性能的影响，产品的抗压强度随铬临界粒度的降低而增大，当铬矿石临界粒度减小时，高温抗折强度(1400℃，0.5h)下降，当铬矿石临界粒度达到1.5mm时，热稳定性达到峰值。

2.铬矿添加量的影响。

采用不同比例和Cr2O3直接结合镁铬试样，采用1740℃高温随道窑烧成，用Cr2O3按不同比例直接烧结镁铬试样。

结果表明，直合镁铬试样的显气孔减小，体积密度增大，热冲击稳定性提高。光镜、SEM、EDAX等分析结果表明，南非铬矿中大部分氧化铁在高温锻烧后进入人方镁石相，形成(MgO,FeO)固溶体或铁酸镁二次尖晶石。之前的分析已经提到了生成(Mg,Fe)O时体积收缩了20%，并且在存在碳氢存在的情况下，在1500℃已经出现了液相，促使了致密烧结，这是南非矿使烧结合成料体积密度增加，气孔减少的原因之一。

EDAX分析镁富氏体相组成可知：方镁石中各倍半氧化物的固溶量顺序为：Fe2O3>Cr2O3>Al2O3，虽然也有一定数量的氧化镁通过扩散进入铬铁尖晶石，但与之相比，铬铁尖晶石中的倍半氧化物(特别是Fe203)进人方镁石中的含量大于氧化镁进入铬铁复合尖晶石的量。因此，经过高温锻烧后，镁砂和铬矿石的组成都发生了变化，在方镁石中形成了较多的二次尖晶石，其典型成分为：MgO(EDAX分析，质量分数)。

Al2O33.21%,Fe2O315.49%,Cr2O3含量为75.90%。

5.42%。铬矿粒的组成也有很大差异，其中铬颗粒的典型化学成分是(直接结合边界)、MgO21.69%、Cr2O347.35%和A12O3。

12.31%,Fe2O312.73%，故该化合物具有很高的直接结合镁铬材料。因此随铬含量的增加，镁铬试样的物理性能得到明显改善。

随样品Cr203含量的增加，熔融耐蚀性能显著提高，熔融介质的耐蚀性能提高。

镁铬砖种类

主要晶相为方镁石和镁铬尖晶石。根据生产工艺不同分为普通镁铬砖、直接与镁铬砖结合、(半结合)镁铬砖、化学结合镁铬砖和溶铸镁铬砖。

铸造镁铬砖的热工性能

熔铸镁铬砖一般认为耐热冲击性能较差，在设计、施工、烘炉、热工制度等方面存在一定问题，因此，本文就镁铬砖的热工性能做一些对比，以同一种等级烧成直接结合镁铬砖。

1.耐高温冲击。

将熔铸的镁铬砖直接烧成与镁铬砖相结合，切割成30mm×30mm。

*120mm样棒，快速放入1100℃炉内，如此反复3次，两个样棒都不会破裂，以测定其抗折强度。

2.反复加热测试。

把熔铸镁铬砖，烧成直接与镁铬砖接合成30mm×30mm×120mm样棒(共3组)同时置入炉内加热，2h内升温至1300℃，在炉膛中保温2h，试件在20h内冷却至室温，重复加热至1300℃，如此反复6次，以测定样品在每次重复加热后的抗折强度。

重烧次数与镁铬砖直接粘合时抗折强度的关系。

将熔铸镁铬砖与烧结镁铬砖直接烧制后，再烧性能进行对比，可得出以下结论：采用熔铸镁铬砖与连铸镁铬砖，其热工性能基本相当于烧成镁铬砖。

产品用途

镁铬砖主要用于冶金工业，如建造平炉顶、电炉炉顶、炉外精炼炉及多种有色金属冶炼炉。用熔铸镁铬砖、炉外精炼炉高侵蚀区域用合成料制作的高热蚀区，以及用合成料制作的镁铬砖，用熔铸镁铬砖、合成料制成的高侵蚀区超高耗能区域。另外，镁铬砖还可用于水泥回转窑烧成带及玻璃窑回热等部位。

镁铬砖在转炉中的应用。

在炼铜和炼镍的吹炼中，通常使用P-S转炉。P-S转炉是卧式圆筒转炉。圆筒下部侧设置有一排气孔，用于向空气或富氧空气中鼓入空气。

炼镍炉中的硫化铁被简单地去除了，并且仅将其吹炼到生成Ni3S2(在冶炼高温时只有Ni3S2是稳定的化合物)。由于持续吹炼，Ni3S2将氧化为NiO进入炉渣。

不仅炉子温度波动较大，炉子在吹炼时反复加料、吹炼、排渣及上、下两炉次停炉，炉温尤其是风口区温度波动大，且易受风浪影响；加之渣量大，熔体的剧烈搅动引起冲刷，因此，风口及风口以上炉衬蚀损最严重。比如，金川有色金属公司炼镍转炉风口和风口区耐火材料严重腐蚀，使炉衬寿命仅为18炉，严重影响了镍产率。

澳斯麦用镁铬砖破坏机理研究

因澳斯麦特/艾萨熔炼工艺熔炼速度快、建设投资少、原料适应性强、炉体密封性好、符合环保要求，因而在有色冶金工业中得到了广泛的应用。

自从某有色金属公司于1999年引进澳斯麦特技术之后，从铜业公司引进的艾萨炉、锡业公司引进的澳斯麦特炉都相继建成并投入生产，2003年某有色金属公司也采用了澳斯麦特熔炼炉进行改造，并于2003年投入使用。

起初，澳斯麦特炉用的耐火材料主要为各类镁铬砖。举例来说，艾萨炉用耐火材料最初都是由奥镁公司提供的镁铬砖，共有22个品种。所以，先了解澳斯麦特镁铬耐火材料的损坏情况。

从1500℃炉渣腐蚀镁铬砖的显微图片中可以看到：反应带(图左下亮白色区域)，碳酸镁石熔化并形成MFS：固溶带(原砖层和反应层中间的过渡层)，FeO与砖块中的方镁石形成镁铁富氏体(RO相)，而其中FeO·Fe2O3又在其中析出，而RO相间填充M2S。原片(图右上方)，暗黑色的为浑圆状方镁石颗粒。

在1500℃下炉渣腐蚀镁铬砖的显微照片显示，在右下角有一亮一白的反应区，炉渣对方镁石的侵蚀非常明显，其中部分方镁石溶解掉。反作用产生灰色或深灰色的M2S或MFS，颜色略微游离的物相为复合尖晶石，在显微照片的中央，周围有一层亮白色的溶蚀方镁石块。另外，方镁石溶解后所形成的复合物尖晶石相并未被溶解，游离于炉渣和方镁石产生的MFS中，充分表明了复合尖晶石抗渣蚀能力强。

综上所述：炉渣对方镁石的破坏过程是：FeO·SiO2系炉渣沿晶界进入方镁石颗粒，FeO进入颗粒中并与MgO形成RO相，而SiO2熔融部分MgO反应生成M2S填充于晶界之间，使方镁石颗粒结构发生破坏。

由上述分析，得出以下结论：炉渣对耐火材料的侵蚀主要表现为方镁石的溶蚀；生成物主要是低熔点的镁铁橄榄石[2(MgO,FeO)·SiO2](MFS)

结果表明，复合尖晶石具有较好的抗渣性，复合尖晶石在方镁石与渣反应形成的橄榄石基质中以游离态存在，并在方镁石与渣反应形成的橄榄石基质中以自由态存在。