1、4 镁铝尖晶石质耐火材料镁铝尖晶石质耐火材料（1）定义：）定义：MgO、Al2O3（2）应用）应用:大型水泥回转窑大型水泥回转窑 玻璃窑蓄热室玻璃窑蓄热室 石灰窑石灰窑 电炉炉顶电炉炉顶 炉外精炼炉炉外精炼炉 钢包钢包炉衬炉衬 连铸功能材料连铸功能材料 1）概述）概述第五章 碱性耐火材料中国中国:上世纪上世纪50年代年代 镁铝砖或原位反应方镁石镁铝砖或原位反应方镁石-尖晶石砖尖晶石砖(Al2O3含量含量10%)上世纪上世纪80年代年代 铝矾土和菱镁矿铝矾土和菱镁矿/轻烧镁粉合成镁铝尖晶石原料轻烧镁粉合成镁铝尖晶石原料 方镁石尖晶石砖方镁石尖晶石砖 上世纪上世纪90年代年代 矾土尖晶石材料矾土尖
2、晶石材料刚玉尖晶石材料刚玉尖晶石材料（3）发展历史：）发展历史：第五章 碱性耐火材料前苏联前苏联:上世纪上世纪40年代开始研究，但至年代开始研究，但至1964年才有产品开发。年才有产品开发。日本日本:1976年开始在水泥工业中使用镁铝尖晶石砖年开始在水泥工业中使用镁铝尖晶石砖 90年前后刚玉尖晶石材料年前后刚玉尖晶石材料 欧洲欧洲:上世纪上世纪30年代年代 奥地利奥地利Radex-A，英国，英国 上世纪上世纪70年代末年代末 对方镁石尖晶石制品表现出较大的兴趣对方镁石尖晶石制品表现出较大的兴趣第五章 碱性耐火材料 按按Al2O3含量含量分分 方镁石方镁石-尖晶石耐火材料尖晶石耐火材料（Al2O
3、330%）第一代（镁铝砖，第一代（镁铝砖，Al2O310%）第二代（方镁石第二代（方镁石-尖晶石砖尖晶石砖,10 Al2O330%）尖晶石尖晶石-方镁石耐火材料（方镁石耐火材料（Al2O3 3068%）尖晶石耐火材料（尖晶石耐火材料（Al2O3 6873%）尖晶石尖晶石-刚玉耐火材料（刚玉耐火材料（73%Al2O390%）刚玉刚玉-尖晶石耐火材料尖晶石耐火材料（Al2O390%）（4）分类：）分类：第五章 碱性耐火材料 按按尖晶石引入方式尖晶石引入方式分分 原位生成尖晶石原位生成尖晶石 预合成尖晶石预合成尖晶石 Al2O3+MgOMgAl2O4m1/d1 m2/d2 m/d V57第五章 碱性
4、耐火材料（1）镁铝尖晶石组成）镁铝尖晶石组成化学式：化学式：MgOAl2O3 （MgO28.3%，Al2O371.7%）2）镁铝尖晶石的合成）镁铝尖晶石的合成第五章 碱性耐火材料MgO-Al2O3系相平衡图富铝尖晶石固溶体富铝尖晶石固溶体 阳离子阳离子空空位型固溶体位型固溶体阳离子空缺可捕获阳离子空缺可捕获FeO、MnO脱溶形成双固相脱溶形成双固相第五章 碱性耐火材料富铝尖晶石固溶体带有阳离子晶富铝尖晶石固溶体带有阳离子晶格缺陷，格缺陷，Al2O3固溶愈多，缺陷固溶愈多，缺陷愈多，晶格常数愈小。愈多，晶格常数愈小。热膨胀系数降低，热膨胀系数降低，抗热震性抗热震性第五章 碱性耐火材料不同Al2O
5、3含量镁铝尖晶石晶格常数（2）镁铝尖晶石的反应与烧结）镁铝尖晶石的反应与烧结合成反应合成反应+烧结烧结9001200开始形成尖晶石，开始形成尖晶石，1400反应显著反应显著，1550反反应基本结束应基本结束。原位反应合成 预先合成第五章 碱性耐火材料尖晶石形成尖晶石形成(互扩散互扩散)图解表图解表第五章 碱性耐火材料MgO侧：侧：外延生长机理生长外延生长机理生长Al2O3侧：内延生长机理生长侧：内延生长机理生长MgAl2O4第五章 碱性耐火材料1800下MgAl2O4晶界迁移率第五章 碱性耐火材料理论尖晶石理论尖晶石：晶界迁移速度晶界迁移速度大大富富Al2O3尖晶石尖晶石：Mg2阳离子缺陷阳离
6、子缺陷 Al2O3，缺陷，缺陷越多，越多，晶界迁移速度晶界迁移速度 尖晶石易形成，尖晶石易形成，但难但难致密化致密化，气孔多气孔多富富MgO尖晶石尖晶石：固溶度有限，方镁石固溶度有限，方镁石“钉扎效应钉扎效应”晶界迁移速度晶界迁移速度 尖晶石形成慢，但易致密化。尖晶石形成慢，但易致密化。第五章 碱性耐火材料（3）镁铝尖晶石合成工艺）镁铝尖晶石合成工艺 如何如何实现实现镁铝尖晶石镁铝尖晶石的的预预先先合成？合成？第五章 碱性耐火材料原料原料MgO源源 菱镁矿、轻烧镁粉、镁砂、碳酸镁、氢菱镁矿、轻烧镁粉、镁砂、碳酸镁、氢 氧化镁等；氧化镁等；Al2O3或铝氧源或铝氧源铝矾土生料、铝矾土欠烧料、铝铝
7、矾土生料、铝矾土欠烧料、铝 矾土熟料、工业氧化铝、氢氧矾土熟料、工业氧化铝、氢氧 化铝等。化铝等。外加剂外加剂B2O3、MgCl2、MgF2、AlF3、TiO2、Fe2O3、BC4、BaCO3、ZnO、BaO等。等。第五章 碱性耐火材料一步法烧结合成一步法烧结合成 菱镁矿菱镁矿+铝矾土生料铝矾土生料干法共磨干法共磨成型成型烧成烧成尖晶石熟料尖晶石熟料一步半法烧结合成一步半法烧结合成 轻烧镁粉轻烧镁粉+铝矾土生料铝矾土生料干法共磨干法共磨成型成型烧成烧成尖晶石熟料尖晶石熟料二步法烧结合成二步法烧结合成 菱镁矿菱镁矿+铝矾土生料铝矾土生料干法共磨干法共磨成型成型轻烧（轻烧（1300）破碎破碎成型成
8、型烧成烧成尖晶石熟料尖晶石熟料电熔法电熔法合成路线合成路线第五章 碱性耐火材料分类分类 化学组成化学组成 富镁尖晶石富镁尖晶石 理论尖晶石理论尖晶石/真尖晶石真尖晶石 富铝尖晶石富铝尖晶石 化学纯度化学纯度 矾土基尖晶石矾土基尖晶石/中档尖晶石中档尖晶石 氧化铝基尖晶石氧化铝基尖晶石/高纯尖晶石高纯尖晶石 生产工艺生产工艺 轻烧尖晶石（活性）轻烧尖晶石（活性）烧结尖晶石烧结尖晶石 电熔尖晶石电熔尖晶石第五章 碱性耐火材料课课 间间 休休 息息第五章 碱性耐火材料 MgO与与MA有一定的互溶度，共有一定的互溶度，共熔点熔点1995。方镁石中可固溶方镁石中可固溶Al2O3 18%，MA为主的固溶体
9、含为主的固溶体含MgO39%，温度温度下降，互溶度降低，下降，互溶度降低，1500MgO、MA二者完全脱溶。二者完全脱溶。MgO熔点熔点2800，MA2105，左侧始溶温度高。左侧始溶温度高。为提高高温性能，为提高高温性能，镁铝砖组镁铝砖组成应偏于成应偏于MgO一侧一侧。（1）主成分）主成分MgO的确定的确定3）方镁石尖晶石材料）方镁石尖晶石材料第五章 碱性耐火材料 提高镁质材料提高镁质材料 抗渗透抗渗透 抗热震性抗热震性 （2）次成分）次成分Al2O3的确定的确定高温下双固相高温下双固相 增加增加MA量量砖中砖中Al2O3可控制在可控制在cd区域内，区域内，但应尽量靠近但应尽量靠近c端。端。
10、第五章 碱性耐火材料不同尖晶石含量方镁石-尖晶石砖线膨胀率变化不同尖晶石含量方镁石-尖晶石砖热震后残余强度变化第五章 碱性耐火材料不同尖晶石含量方镁石-尖晶石砖荷重软化温度变化不同尖晶石含量方镁石-尖晶石砖热态抗折强度变化第五章 碱性耐火材料 热震稳定性良好；热震稳定性良好；抗铁渣、抗铁渣、K2O和和Na2O的硫酸盐侵蚀性强；的硫酸盐侵蚀性强；还原气氛下体积稳定性优良；还原气氛下体积稳定性优良；抗游离抗游离CO2、SO2和和SO3冲刷性能强。冲刷性能强。（3）主要性能）主要性能第五章 碱性耐火材料 Al2O3 512%耐高温、抗侵蚀、抗热震耐高温、抗侵蚀、抗热震 Al2O3 1020%抗热震抗
11、热震 Al2O3 1525%抗抗SO3、碱性硫酸盐侵蚀碱性硫酸盐侵蚀中间包挡渣墙和镁质涂中间包挡渣墙和镁质涂料、尖晶石滑板料、尖晶石滑板水泥窑和石灰窑过渡带水泥窑和石灰窑过渡带、烧成带内衬、烧成带内衬玻璃窑蓄热室格子砖玻璃窑蓄热室格子砖 第五章 碱性耐火材料 抗碱性渣侵蚀能力不及镁铬砖；抗碱性渣侵蚀能力不及镁铬砖；（抗渣渗透性能较差）（抗渣渗透性能较差）水泥窑挂窑皮性差。水泥窑挂窑皮性差。缺点：缺点：MgO-Al2O3-TiO2/ZrO2/Sialon/Alon；MgO-Al2O3-FeO/SiO2/CaO。第五章 碱性耐火材料钢包结构示意图4）刚玉）刚玉-尖晶石材料尖晶石材料 渣线渣线耐熔损
12、性；耐熔损性；包壁包壁抗结构剥落和热剥落抗结构剥落和热剥落；包底包底抗结构剥落和热剥落，机械剥落，耐熔损性抗结构剥落和热剥落，机械剥落，耐熔损性。第五章 碱性耐火材料包壁：包壁：抗结构剥落和热剥落抗结构剥落和热剥落-板状刚玉或富铝尖晶石板状刚玉或富铝尖晶石 抗含钙渣渗透抗含钙渣渗透 抗含铁、锰渣渗透抗含铁、锰渣渗透 刚玉刚玉-（富铝）尖晶石复相耐火材料（富铝）尖晶石复相耐火材料 第五章 碱性耐火材料 熔渣主要成分：熔渣主要成分：CaO、SiO2、FeO、MnO等等 Al2O3+(CaO)CA6/CA2 V MA+(FeO,MnO)尖晶石固溶体尖晶石固溶体 熔渣中的熔渣中的CaO，FeO，MnO
13、，熔渣成分以，熔渣成分以 SiO2 为主，粘度增大，熔渣向耐火材料中扩散困难；为主，粘度增大，熔渣向耐火材料中扩散困难；尖晶石固溶体促进烧结，形成阻挡层；尖晶石固溶体促进烧结，形成阻挡层；CA6、CA2是高熔点相，生成反应伴随体积膨胀，使组是高熔点相，生成反应伴随体积膨胀，使组 织进一步致密化。织进一步致密化。抗渣渗透性提高。抗渣渗透性提高。第五章 碱性耐火材料抗渣机理抗渣机理刚玉-尖晶石材料中尖晶石组分与耐侵蚀性之间的关系（LD渣，1650，4h）尖晶石中MgO含量与渣渗透和侵蚀指数之间的关系第五章 碱性耐火材料 尖晶石组分及加入量的选择尖晶石组分及加入量的选择理论尖晶石含量对刚玉-尖晶石材
14、料抗渣性的作用 第五章 碱性耐火材料熔渣渗透指数与尖晶石砂中Al2O3之间的关系（LD渣，1650，4h）镁砂加入量与熔渣侵蚀指数之间的关系 镁砂加入量与熔渣渗透指数之间的关系 当以镁砂引入原位反应生成尖晶石时当以镁砂引入原位反应生成尖晶石时 尖晶石引入形式尖晶石引入形式第五章 碱性耐火材料铝镁质材料细粉中MgO/SiO2比对线变化率的影响（1500，3h）A：Al2O3-MgO-CaO材料B：Al2O3-MA-CaO材料C：Al2O3-MgO-CaO-SiO2材料D：Al2O3-MA-CaO-低SiO2材料E：Al2O3-MA-CaO-高SiO2材料氧化硅微粉对铝镁质材料荷重软化性能的影响
15、氧化氧化硅微粉可吸收尖晶石反应中体积膨胀，但应控制其掺加硅微粉可吸收尖晶石反应中体积膨胀，但应控制其掺加数量。数量。第五章 碱性耐火材料认识认识：尖晶石组分尖晶石组分富铝尖晶石富铝尖晶石尖晶石中尖晶石中MgO10%；尖晶石加入量尖晶石加入量2040%；尖晶石引入方式尖晶石引入方式预合成尖晶石、镁砂。预合成尖晶石、镁砂。材料中材料中MgO=28%第五章 碱性耐火材料 刚玉刚玉富铝尖晶石富铝尖晶石 高铝矾土高铝矾土 矾土基尖晶石矾土基尖晶石 MgO-Al2O3-SiO2系 第五章 碱性耐火材料 Al2O3-MgO-SiO2系1600等温截面图MgO-Al2O3-SiO2系1600等温截面图建议建议
16、：矾土矾土-尖晶石材料基质组成点尖晶石材料基质组成点 宜选择在绿色区域；宜选择在绿色区域；如果原料杂质含量较高，或如果原料杂质含量较高，或 氧化硅微粉加入量较大，其氧化硅微粉加入量较大，其 基质组成点应落在基质组成点应落在M-MA-M2S区域内。区域内。第五章 碱性耐火材料包壁：包壁：高纯铝镁系材料（刚玉高纯铝镁系材料（刚玉-尖晶石或刚玉尖晶石或刚玉-氧化镁）氧化镁）主要用于大、中型钢包（包龄主要用于大、中型钢包（包龄120-300炉次）炉次）矾土矾土-尖晶石材料（矾土尖晶石材料（矾土-尖晶石或矾土尖晶石或矾土-氧化镁）氧化镁）主要用于小型钢包（包龄主要用于小型钢包（包龄60-110炉次）炉次）第五章 碱性耐火材料作业：方镁石尖晶石材料主要使用在那些部位？尖晶石一般以何种形式引入？加入量如何控制？作业：作业：方镁石方镁石尖晶石材料主要使用在哪些部位？尖晶石材料主要使用在哪些部位？尖晶石一般以何种形式引入？其加入量如何控制？尖晶石一般以何种形式引入？其加入量如何控制？第五章 碱性耐火材料
