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镁铬砖
创建时间：
2008-08-02
镁铬砖
(magnesite chrome brick)
以方镁石和镁铬尖晶石为主晶相的碱性耐火制品。可在氧化气氛中
1600
～
1800℃烧成，
也可用
水玻璃或镁盐溶液等化学结合剂制成不烧砖。
镁铬砖和铬镁
砖的
差异在于配料中铬铁矿加入量不同而引起矿物相的不同。
镁砂和铬铁矿的配
比划分，
无统一规定。
西欧国家以
< br>MgO
含量
55
％～
80
％为镁铬砖，
MgO
含量
35
％～
55
％为铬镁砖。俄罗斯则以制品中
Cr
2
O
3
≥8％小于
20
％的为镁铬砖；
Cr
2
O<
/p>
3
>20
％
的为
铬镁砖。
烧成或不烧镁铬砖都可以在制品外包裹
(
或粘贴
)
铁皮制得铁皮镁铬
砖。
简史
19
世纪后期至
20
世纪初，平炉广泛采用镁砖和铬砖砌筑。镁
砖对温
度变化敏感，高温下体积收缩大；铬砖荷重软化温度低，对温度变化也敏感，影<
/p>
响了这两种制品的进一步发展。
20
世纪
30
年代中期出现了镁砂铬铁矿烧结产品。
英国切斯特斯
(J
．
H
．
Chesters)
、里斯
(Rees)
、莱纳姆
(Lynam)
等人就镁砂一铬
铁矿性能和最佳配方进行了大量研究，
认为
镁铬混合物产品比单纯的镁质或铬质
制品有更高的断裂温度，
不
出现烧成收缩，
具有较高的荷重软化温度和抗张强度。
化学性质
呈碱性，可抵抗碱性平炉渣的侵蚀。
在不烧镁砖的基础上，<
/p>
1925
年在英国出现了硅酸钠结合的镁铬砖。
< br>1934
～
1937
年出现了用
硫酸氢钠作结合剂的镁铬砖。
1935
年不烧镁铬砖和烧成镁铬
砖
的生产开始稳步发展，取代硅砖，用于平炉后墙、端墙、炉顶直至出现全碱性平
炉。
镁铬砖的缺点是烧成过程中的异常膨胀
，
它使制品变脆，
使用过程中工作面
出
现爆胀、剥片等现象。为克服这些缺点，从
1935
年起，就“
爆胀”、温度急
变引起的崩裂和熔剂迁移现象进行了大量的研究工作。
< br>
早期生产的镁铬砖，
组成侧重于铬一镁，
烧成过程中产生很大的膨胀，
使制
品气孔率增大，<
/p>
机械强度降低。
里格比
(Rig[)y)
等人经过研究认为铬矿在还原气
氛中加热不膨胀，
已氧化的铬矿还原时却产生很大的膨胀。
镁铬砖在烧成过程的
早期，铬矿中的低价铁被氧化，后期又被还原，引起制品膨胀。含氧化铁高的铬
矿尤甚。另外，铬矿的表面积越大，氧化趋势亦越大。
193
0
年至
1950
年问碱性耐火材料在间
歇窑内烧成，升温速度很慢，最高烧
成温度为
1400℃左右。
慢速烧成助长了导致烧成异常膨胀的氧化还原反应的循
环，止火温度低，使避免膨胀的物
理变化无法进行。为了降低烧成膨胀，提高制
品的抗热震性，
铬
铁矿被限以颗粒形式加入，
同时高铁铬铁矿的使用也受到限制。
直至
1950
年逐步改用隧道窑烧成，烧成时间缩短，才消除了
异常膨胀现象。
化学结合镁铬砖的生产关键是结合剂的选择。
最早的有关文献出现于
1905
年。将镁砂、铬铁矿和
Cr
2
O
3
等碱性物质与硅酸钠或氧化钙混合，可以制得一种
有价值的耐火炉衬。此后
，化学结合砖的发展中心移到美国。直至
1941
年，又
出现了许多不同结合剂的化学结合砖专利。
结合剂有硫酸盐、
硅酸钠、
亚硫酸盐
纸浆废液和外加少量粘土。<
/p>
1949
年米勒
(Miller)
提出，先加百分之几的水成型，
随后以
Cl<
/p>
2
、
SO
2
或
SO
3
处理，在
砖内形成结合剂。
1952
年霍耶尔
(
Heuer)
用
CO
2
按同法处理，取得专利。
1954
年和
1962
年凯撒铝和化学产品公司和霍耶尔提到
采用可
溶性铬酸盐和在砖料中加入少量铁粉。
化学结合砖发展的另一
个重要标志是
1941
年出现了碱性砖在钢盒内“共成
型”的专利。
这种制品在加热时钢板氧化，
氧化
铁与方镁石形成铁酸镁，
使方镁
石跨越原砖表面交错生长，
从而得到一个近于整体的结构。
与烧成砖一样，
化学
结合砖在使用过程中出现剥片。为防止剥片，
1957
年曾在砖与砖之间夹入易氧
化的钢板。钢板平放于砖中，与工作
面垂直，大大提高了使用寿命。化学结合砖
的另一缺点是中温强度
(700
～1200℃)较低。
化
学结合碱性砖的发展成果美国较多。
美国的碱性砖大部分是不烧制品，
< br>而
欧洲和苏联则生产烧成制品。从
1950
年起，欧洲逐渐引用了美国化学结合制品
的经验。直到直接结合镁铬砖的出现
，化学结合砖才减少或停止生产。
1960
< br>年以前，镁铬砖的烧成温度较低，大都低于
1500℃。在炼钢炉上使用
(1600℃)时，离工作面
50
～
75mm
处的温度比制品的烧结温度高。因此，制品的
烧成与否，情况相同。所以当时烧成制品与不烧制品的使用效果无大差别。
“直接结合”由英国拉明
(Laming)
首
先提出。
由于氧化铁引起的膨胀趋势大
大减少，在烧成温度下溶
于液相的尖晶石，冷却时析出，形成直接结合。所以直
接结合碱性砖在
< br>1961
年末出现于市场。在炼钢炉承受应力和炉渣侵蚀严重的部
位直接结合砖完全取代了化学结合砖和硅酸盐结合砖。
中国于
1953
年试制成功抗热震性镁铬砖，并用于平炉炉顶
。由于镁铝砖在
平炉顶使用效果良好，且国内资源丰富，故平炉顶用镁铬砖未得到进一步
发展。
20
世纪
50
< br>～
60
年代，中国由于缺少铬铁矿，硅酸盐结合镁铬砖仅
供有色冶炼炉
使用。
70
年代末随着铬
矿资源的开发，新疆铬铁矿投入开采，镁铬砖亦开始使
用于水泥回转窑和玻璃熔窑蓄热室
。
70
年代末，随着冶金、建材、轻工等各领
< br>域新工艺、新技术的采用，对碱性耐火材料不断提出新要求。随着高纯原料、高
温
手段不断引入，开始研究致密碱性耐火材料。
80
年代起直接结
合镁铬砖、再
结合镁铬砖、
半再结合镁铬砖、
< br>预反应镁铬砖等直接结合制品逐步投入市场。
70
年代开
始研制熔铸镁铬砖，并取得成功。
分类
根据制品所用原料和工艺特点，
可分为硅酸盐结合镁铬砖、直接结合
镁铬砖、再结合镁铬砖、半再结合镁铬砖、预反应镁
铬砖、不烧镁铬砖和熔铸镁
铬砖。
硅
酸盐结合镁铬砖是以烧结镁砂和铬矿为原料，
按适当比例配合，
高温烧成
制得。
制品矿物组成为方镁石、
尖晶石和少量硅酸盐。
主晶相由镁橄榄石和钙镁
橄榄石组成的
硅酸盐基质相联结在一起形成的结合。
生产硅酸盐结合镁铬砖
以制砖镁砂和一般耐火级铬矿为原料，镁砂中
SiO
2
≤4.0％，MgO≥90％，铬矿中
Cr
2<
/p>
O
3
32
％～<
/p>
45
％。以亚硫酸盐为结合剂，混练
成型
后，于
1600℃左右烧成。
为防止制品在烧成时产生异常膨胀，窑内必须保持弱氧化气氛。
制品的化学成分：
SiO
2
2
．
98
％～
4
．
50
％，
MgO61
．
75
％～<
/p>
72
．
69
％，
C
r2
O
3<
/p>
10
．
04
％～
14
．
90
％
。
物理性能：
显气孔率
18
％～
21
％，
常温耐压强
度
36
．
1
～
50
．
0MPa
，荷重软化温度
1600
～1640℃。
硅酸盐结合镁铬砖比镁砖抗热震性好，
高温下体积稳定，
广泛用于平炉、
电
炉、有色冶金炉、水
泥回转窑和玻璃熔窑蓄热室。
硅酸盐结合镁铬砖的
SiO
2
含量高、高温下抗侵蚀性差、强度低。随
着强化
冶炼新工艺的不断采用，使用条件苛刻部位，逐渐被直接结合制品替代。
直接结合镁铬砖是由烧结镁砂和铬铁矿配合制得。要求原料的
SiO
2
含量较
低，在
1700℃以上的高温下烧成，使方镁石和铬铁矿颗粒间形成直接结合。
再结合镁铬砖是以电熔镁铬砂为原料经再烧结而制得。电熔镁铬砂烧结性
差，
制品为气孔分布均匀的细粒基质，
并具
有微小裂纹，
对温度急变的敏感性优
于熔铸砖。制品高温性能介
于熔铸砖和直接结合砖之间。
半再结合镁铬砖是由电熔镁铬砂
和镁砂、
铬铁矿或预反应镁铬砂制得。
制品
具有再结合镁铬砖和直接结合镁铬砖或预反应镁铬砖的部分特点。
预反应镁铬砖是采用全部或部分预反应镁铬砂制得。
镁砂～铬铁矿之间的部
分反应在熟料煅烧时完成，
所以制品的气孔率较组成相当的直接结合
砖低，
高温
强度高，与再结合砖相比成本低。
< br>
不烧镁铬砖是由烧结镁砂和铬铁矿为原料，
加入少量化
学结合剂，
在较低温
度下热处理，
使制
品硬化而制成。
有的在常温下即可使制品硬化，
有的需加热至<
/p>
适当温度才能使制品具有一定强度。
制品在高温使用时，
形成陶瓷结合或耐高温
相。成型过程常包以铁壳，称铁皮不烧砖。
熔铸镁铬砖是以镁砂和铬矿为原料经电熔、
浇铸制得的耐火制品。
其特征是
气孔较大且孤立存鹤制品致密、
强度高、耐腐蚀、对温度变化敏感。
性质
镁铬砖的化学性质呈碱性，与镁
砖和铬砖相比，抗热震性好，高温下
体积稳定，荷重软化温度高。其主晶相为方镁石、尖
晶石和少量硅酸盐。尖晶石
相包括原铬尖晶石和二次尖晶石。
硅
酸盐相包括镁橄榄石和钙镁橄榄石，
根据制
品中的
SiO
2
含量、制品结合形式可分为硅酸盐结合和直
接结合。
硅酸盐结合制品的
SiO<
/p>
2
含量较高，主晶相之间是以镁橄榄石为主的硅酸盐
粘结在一起的结合，
又称“陶瓷结合”。
制品的烧结
是在液相参与下完成的。
硅
酸盐相的性质、
数量以及在主晶相间的分布状态，
对制品性能影响很大。
制
品中
不同尖晶石或方镁石与硅酸盐间的低共熔点见表
1
。
直接结合是晶粒间直接接触产生的一种结合。
如方镁石一方镁石、
方镁石一
尖晶石之问都可以形成
直接结合。制品的直接结合程度随
SiO
2
含量减少、烧成
温度提高而增强。直接结合制品中硅酸盐含量较低
< br>(SiO
2
<2
％
)
，具有较高的高温
机械强度，
如高温抗折强度较
MgO
或
Cr<
/p>
2
O
3
相当的硅
酸盐结合制品高
6
～
8
倍。
此
外，抗渣蚀性能和体积稳定性也较高。镁铬砖的
主要组成和典型性能见表
2
。
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