镁铝尖晶石质耐火材料.docx

镁铝尖晶石质耐火材料西安建筑科技大学华清学院）摘 要:阐述了镁铝尖晶石质耐火材料的性能及合成，论述了镁铝尖晶石质耐火材料的应用及发展趋势 关键词:镁铝尖晶石质耐火材料；结构特点；应用；发展趋势The Development and Application of Magnesia-alumina Spinel Refractories Abstract: The properties and synthesis ofmagnesia-alumina spinel refractories was expounded together with discussion on the application and developing trend of them.Key words: magnesia-alumina spinel refractories; structure characteristic; application; developing trend1 前言耐火材料是用作高温窑炉 等热工设备的结构材料，以及工 业用高温容器和部件的材料，并 能承受相应的物理化学变化及 机械作用。

随着高温工业的发 展，对炉衬耐火材料的生产和使 用也提出了更高的要求炉衬耐 火材料不仅要求长期处在高温 的工作环境，能经受高尘，强腐 蚀性炉气及炉渣的冲刷和侵蚀， 还要经受温度骤变、机械和物料 的撞击、磨损以及各种应力的综 合影响为满足高温工业的需 要，炉衬耐火材料产品的使用性 能还需进一步提高而镁铝尖晶 石质耐火材料的研究与开发正 适应了这一发展趋势2 镁铝尖晶石质耐火材料的结构特点镁铝尖晶石优良的高温性 能，使其成为耐火材料中重要的 组成部分从MgO-Al2O3二元系 相图（图1）可以看出，Mg-Al2O3 是此二元系统的一个中间化合物，熔点为2 135 °C方镁石从1 500 C开始固溶于尖晶石中， 且随着温度的升高固溶量增加当温度达到1 995 C时，溶解度 达到最大值10 %刚玉在高温下 也可以固溶在镁铝尖晶石中，且 固溶量随着温度的升高而增加， 在1 900 C以上时，固溶量可以 达到20 %以上2800液相尖晶石+液相220020001600方镁石+尖晶石方镁石+液相方镁 600ko7 8 9 MO3质量分数（％）图1 MgO-Al2O3二元系相平衡图【1.2】在镁铝尖晶石构造中，Al 0、 Mg 0之间都是较强的离子键，且 静电键强度相等，结构牢固【3】。

因此，镁铝尖晶石晶体的饱和结 构【4,5】使其具有良好的热震稳定 性能、耐化学侵蚀性能和耐磨性 能，能够在氧化或还原气氛中保 持较好的稳定性但是在合成镁 铝尖晶石时，会伴有5%〜8%的 体积膨胀，而且其再结晶能力 差，很难合成致密的镁铝尖晶石制品从表1可以看到镁铝尖晶 耐火材料等 石、方镁石及刚玉的理化特性3镁铝尖晶石质耐火材料的4镁铝尖晶石质耐火材料的主要类型制备方法童度乌* cur'英氏谨度懈点取廿軒泾廈;TM2O28.2A1A71-E15S1J066=.021356.76.63即1D0 Al-Ci 01584.20152sao13.58.72推0 0 AWjI^4.75 巴=6朋9.02 053S.Sg.關镁铝尖晶石质耐火材料的自然界中镁铝尖晶石蕴藏表：：堆留尖晶石•减玉和方快石的上要住建抬标分类方法很多为了便于研究、 生产和使用，镁铝尖晶石质耐火 材料通常根据材料的化学矿物 组成、制造方法、材料的性质、 形状尺寸以及应用等方法进行 分类Bartha 根据化学矿物组 成，把镁铝尖晶石质耐火材料分 为三类【6,7】：（1） 方镁石-尖晶石质耐火 材料，Al2O3质量分数＜30%；（2） 尖晶石-方镁石质耐火 材料,A12O3质量分数为30%〜 68% ；（3） 尖晶石质耐火材料， A12O3质量分数为68%〜73 %。

我国目前工业上应用的大多为 第一种类型，且一般把A12O3质 量分数〉8%〜10 %的镁铝尖晶 石质耐火材料称为镁铝砖根据制造方法，可大致分为 定型（烧成砖、不烧砖、电熔砖、 隔热砖）和不定型耐火材料 根据材料的性质可分为重质和 轻质耐火材料根据形状尺寸可 分为标准砖、异型砖、特异型砖、 大异型砖以及耐火材料器皿等 制品根据其应用可分为焦炉、 高炉、炼钢炉、有色金属冶炼用 耐火材料以及水泥窑、玻璃窑用 量极少，目前在工业应用上主要 以合成原料为主（图2是人工合 成的纯镁铝尖晶石的SEM照片 【8】）图2镁铝尖晶石陶瓷SEM照片合成的方法主要有【9】：固相烧 结法、电弧炉熔制法、共沉淀法、 干燥及冲洗法、高温雾化法等， 工业生产中主要采用前两种方 法相应的镁铝尖晶石产品有电 熔尖晶石，烧结尖晶石，热活性 尖晶石与电弧炉熔制法相比， 固相烧结法具有合成工艺简单，生产成本低，能 采用天然原料合 成等优点，因 此被广泛采用镁 铝尖晶石在900 °C时就开始生成，到1 400 C时反应已经进行 的很强烈，1 500 C时反应趋于 结束但是由于尖晶石生成时的 体积膨胀使其很难烧结，而且其 再结晶能力很弱10 。

温度制度 是获得致密尖晶石熟料重要的 因素之一因此，要得到致密的、 有一定强度的尖晶石制品其烧 结温度必须在1 700 C 以上固 相烧结法包括两种合成工艺：一 步煅烧法和二步煅烧法【4】4.1 一 步 煅 烧法一部煅烧法合成工艺：原料 f共同细磨f压型f死烧f熟 料采用这种工艺合成的熟料， 强 度 低 ，致 密 性 差 这 主 要 是 由 于尖晶石生成时5%〜8%的体 积膨胀所引起的但是，如果通 过控制工艺，增加烧结温度等方 法是可以得到较好的镁铝尖晶 石制品的一步煅烧法的最大特 点就是合成尖晶石的工艺简单， 生产成本低4.2 二 步 煅 烧 法二步煅烧法合成工艺：原料 f共同细磨f成坯（或成球）f 轻烧f活性尖晶石粉f破碎f 细磨f成型f死烧f熟料采用 这种合成工艺可以得到致密性 好，品 质优良的熟料从 理论上 来说，晶 石合成时，重复煅烧的 次数越多，且把每次煅烧后的产 物均匀细磨， 则合成效果越好 虽然二步煅烧法合成工艺复杂， 生产成本高，但实际生产中大多 采用此方法5 镁 铝 尖 晶 石 质 耐 火 材 料 的 应用由于我国铬矿资源匮乏，我 国科技人员根据自已的资源特 点 从 20 世 纪 50 年 代 开 始 进 行 镁铝尖晶石质耐火材料的研究 工作， 开发出平炉炉顶用镁铝 砖。

80 年 代， 我 国常规钢包 内 衬，采用烧结矾土作颗粒，以镁 砂和矾土混合料细粉制成不烧 砖或浇注料，取得了良好的使用 效 果 该 工 艺 属 于 Al O /MgO・Al 0系耐火材料欧2 3 2 3 洲和美洲直到70 年代， 都很少 使用尖晶石为原料生产的碱性 耐火材料 日本于1976 年在水 泥工业开始使用镁铝尖晶石质 耐 火 材 料 ， 解 决 了 Cr ＋ 3在 使 用 中 转 变为有 毒 的 Cr ＋6污 染问 题 与MgO • Cr 0质耐火材料相23 比，镁铝尖晶石具有更突出的抗 渣性，耐剥落性以及较好的抗蠕 变性能到目前为止，镁铝尖晶 石质耐火材料主要应用于钢包 内 衬 、平 炉 炉 顶 、水 泥 回 转 窑 烧 成带衬砖 此外， 在炼铝、玻璃 工业也有少量使用这些都是作 为重质致密耐火材料的形式使 用6 镁 铝 尖 晶 石 质 耐 火 材 料 的 发展趋势为适应高温工业的发展，耐 火 材 料 在 产 品 种 类 、质 量 和 功 能 等方面面临着巨大的挑战镁铝 尖晶石质耐火材料的品种和技 术水平有待提高研究开发出优 质高效的镁铝尖晶石质耐火材 料迫在眉睫6.1功能多元化如表2所示，我国目前生产 的隔热耐火材料主要为硅质、粘 土质、高铝质和刚玉质。

其中以 高纯莫来石和刚玉质（包括氧化 铝空心球）轻质耐火材料制品使 用性能最为优良但是在实际应 用中，还是存在着许多不尽如人 意的地方如莫来石质隔热耐火 材料使用温度低、高温收缩性 大、体积稳定性差、抵抗化学侵 蚀的能力不强，且生产成本较 高刚玉质隔热耐火材料体积密 度和导热系数较大，隔热效果 差，生产成本极高，而且在温度 波动较大的场合使用时寿命很 低镁铝尖晶石隔热耐火材料 合成配方，降低烧结温度，从而 降低生产成本，增强其市场竞争 力作为耐火材料产品原料的 镁铝尖晶石砂，其价格随品级和 粒度的不同而变动一般说来， 粒度越小其价格越高由于镁铝 尖晶石的硬度高，破碎时为防止 研磨介质混入，需采用特殊设备 进行粉碎因此，要完善其生产 工艺流程解决这一问题通过合理改善镁铝尖晶石 质耐火材料的生产配方及工艺 流程，可以生产出高品质、低成 本的尖晶石制品，提咼产品的附 加值，以达到市场的要求6.3应用技术科学化表3 TH枷舷耐倉柑料的竹1项目站土贞英来右肋悻段童童电-cm-':^1.5^].0近詁时!1：晶hIPa^3,9223.0包 1400 31.0 -0.8（1400 L：）0.1 - tiOO T2.J寻妁系3ft，戎*如* K；--0 TO35O mI&.3CX150 00.6ooori可以从根本上解决目前存在的 问题。

充分利用镁铝尖晶石的抗 侵蚀、抗热震等高温性能，开发 出高强度、耐侵蚀、隔热三重功 效的新型耐火材料既填补了镁 铝尖晶石的使用空白，又为隔热 耐火材料增添了新品种6.2生产工艺多样化目前，在工业生产中，为得 到致密优质的镁铝尖晶石制品， 大都采用二步法合成和高温煅 烧这样，既加重了镁铝尖晶石 产品的生产难度，又增加其生产 成本这是影响镁铝尖晶石发展 的一个主要因素因此，首要解 决的问题就是要在一步法合成 工艺的基础上，改进镁铝尖晶石镁铝尖晶石质不定型耐火材 料在使用时需要一整套浇注工 艺及专用的浇注设备，提高了施 工成本这无疑为镁铝尖晶石的 应用设置了障碍尖晶石的含量多少以及加 入颗粒大小直接影响着镁铝尖 晶石产品的高温性能因此，要 根据使用条件的不同确定其组 成如，方镁石-尖晶石系统中 添加石墨制出的尖晶石碳砖，抗 热冲击性和高温失重率均明显 优于镁碳砖，是铁水预处理及水 口（含滑动水口和水口砖）用较 优良的耐火材料，在250 t钢包 渣线部位使用效果比镁碳砖好 【11】刘会林等人【12】研制的镁 铁铝尖晶石砖在水泥窑烧成带 替代传统的镁铬砖得到了很好 的效果镁铝尖晶石质耐火材料优 良的品质和高温性能，决定了其 必将替代传统的耐火材料。

因此 在应用上，要根据实际工作条件 不断地探索与研究，使镁铝尖晶 石质耐火材料向着更深、更广的 领域发展，增加其市场消费量7 结语近几年来，随着工业的发 展，耐火材料行业也发生了巨大 的变化由于高温工业的技术进 步，以及工艺和设备的革新，使 耐火材料需求量逐年下降，行业 竞争日趋激烈因此要充分利用 我国得天独厚的耐火材料矿产 资源，开发出高性能、高质量的 新品种我国镁铝矿产资源极其 丰富，其中高铝矾土和菱镁矿无 论从蕴藏量还是品位都在世界 上享有盛名因此开发镁铝尖晶 石质耐火材料对我国资源的合 理开发利用，以及工业的发展都 有着极其深远的意义参考文献：[1] 王维邦.耐火材料工艺学[M。