殷嗣杰

（摩根熱陶瓷（上海）有限公司，上海 200000）

燒成鎂鈣磚水化影響與解決方法

殷嗣杰

（摩根熱陶瓷（上海）有限公司，上海 200000）

隨著不銹鋼和潔凈鋼的不斷發(fā)展，煉鋼工藝中二次精煉要求越來越高，鎂鈣磚作為清潔耐材以其良好的高溫性能得以大量使用。但鎂鈣磚最大的缺點(diǎn)就在于潮濕環(huán)境中容易水化。基于此，研究了燒成鎂鈣磚的優(yōu)缺點(diǎn)及水化影響并分析了幾種防水化的方法。

燒成鎂鈣磚；水化；解決方法

1 前言

隨著世界范圍內(nèi)不銹鋼和潔凈鋼的不斷發(fā)展，各國對(duì)環(huán)保的要求越來越嚴(yán)，煉鋼工藝中二次精煉在生產(chǎn)這些高級(jí)鋼種中顯得極其重要，更是對(duì)耐火材料提出了更高的要求，如優(yōu)異的高溫條件下的使用性能、高的爐襯使用壽命、精煉過程中鋼水二次污染的防范、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的耐火材料的選擇、用后耐火材料對(duì)環(huán)境的影響等。鎂鉻磚作為傳統(tǒng)耐火材料，在精煉工藝中，以其優(yōu)異的高溫性能得以使用多年，但隨著精煉工藝的發(fā)展，其耐火材料消耗大，侵蝕速度快，爐襯使用壽命比較低并且不利于潔凈鋼的生產(chǎn)的缺點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)，現(xiàn)代精煉工藝急需一種更加優(yōu)異的耐火材料。

2 燒成鎂鈣磚的優(yōu)缺點(diǎn)及水化影響

2.1 燒成鎂鈣磚的生產(chǎn)及理化指標(biāo)

目前，我國鎂鈣磚生產(chǎn)主要分布于遼寧省，山西省和浙江省，其中浙江某企業(yè)因?yàn)榈靥幬覈戏降貐^(qū)，氣候潮濕，生產(chǎn)鎂鈣磚難度非常大。

浙江某企業(yè)生產(chǎn)燒成鎂鈣磚的理化指標(biāo)見表1：

表1 燒成鎂鈣磚理化指標(biāo)

2.2 燒成鎂鈣磚的優(yōu)缺點(diǎn)

燒成鎂鈣磚主要用做不銹鋼生產(chǎn)中精煉工藝的 AOD，VOD爐的爐襯材料，用來替代原來使用的鎂鉻磚。目前，我國最大的不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)太原鋼鐵公司AOD爐全部使用燒成鎂鈣磚作為爐襯材料，至2005年8月平均爐齡為163爐，最高爐齡達(dá)到 189 爐[1]。

相比較鎂鉻磚而言，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在下面三個(gè)方面：

（1）鎂鈣磚作為清潔耐材，具有凈化鋼水的作用，磚中游離 CaO 能吸附鋼水中的 S、P 以及 Al2O3、SiO2等雜質(zhì)，使鋼水得到凈化[2]，符合現(xiàn)代化潔凈鋼的生產(chǎn)要求。

（2）鎂鈣磚抗高堿性渣性能優(yōu)于鎂鉻磚，改善脫硫效果，可提高爐襯使用壽命。部分廠家研發(fā)的含鋯鎂鈣磚，各項(xiàng)使用性能均要優(yōu)于鎂鈣磚。

（3）鎂鈣磚生產(chǎn)費(fèi)用更低，其主要原料為天然白云石，經(jīng)后期燒成合成鎂鈣砂。由于天然白云石在我國儲(chǔ)量非常豐富，價(jià)格便宜。如國外某企業(yè)在我國安徽池州建立了原料加工基地，進(jìn)一步節(jié)約了生產(chǎn)成本。反觀鎂鉻磚，其原料中的鉻礦價(jià)格昂貴，在我國僅新疆地區(qū)有少量分布，絕大部分需要從南非、印度等地進(jìn)口，生產(chǎn)成本非常高，并且由于進(jìn)口時(shí)間比較長(zhǎng)，給生產(chǎn)周期的控制帶了不確定因素。另外，鎂鉻磚用后的處理非常重要，因?yàn)榱鶅r(jià)鉻是劇毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境尤其是水資源的污染非常大，不符合環(huán)保要求。

雖然鎂鈣磚擁有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于其在潮濕環(huán)境中容易水化，導(dǎo)致磚體粉化，嚴(yán)重影響了磚的結(jié)構(gòu)和使用性能，給生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、存放和使用提出了更高的環(huán)境要求，也是目前我國鎂鈣磚生產(chǎn)企業(yè)面臨的最大難題。

2.3 鎂鈣磚的水化影響

游離 CaO 與水發(fā)生如下反應(yīng)[3]：

這是自發(fā)的反應(yīng)，只要遇到水或者水蒸氣，反應(yīng)就會(huì)不可避免的發(fā)生，一直延續(xù)到547℃ .當(dāng)此反應(yīng)發(fā)生后，鎂鈣磚基體中 CaO 結(jié)構(gòu)單元發(fā)生瓦解，生成了四個(gè) Ca（OH）2結(jié)構(gòu)單元，基體體積增大，造成鎂鈣磚的粉化。

遼寧某企業(yè)生產(chǎn)燒成鎂鈣磚水化反應(yīng)后粉化照片見圖1：

圖1 燒成鎂鈣磚水化照片

3 燒成鎂鈣磚水化解決方法

3.1 國內(nèi)外鎂鈣磚防水化的措施

目前，國內(nèi)外鎂鈣磚防水化的方法有[4]：①進(jìn)行表面處理，如磨磚、浸蠟等；②生產(chǎn)鎂鈣磚時(shí)加入少量添加劑；③高溫?zé)苫蛘叨届褵?，?CaO 晶粒充分長(zhǎng)大，在煅燒過程中，使材料結(jié)構(gòu)致密化，減少粒界面積；④密封包裝；⑤在生產(chǎn)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，如選用高密度和純度的原料，無水結(jié)合，合理的顆粒級(jí)配比，燒成時(shí)窯車的擺放及科學(xué)的燒成溫度控制等。目前，各家企業(yè)均采用綜合控制手段來防止鎂鈣磚的水化，但由于各家工藝控制不同，防水化效果也不同。

3.2 鎂鈣磚防水化的方法分析

3.2.1 浸蠟處理

鎂鈣磚浸蠟處理的原理是，通過高溫浸蠟處理，阻隔磚與水蒸氣的接觸，避免水與 CaO 發(fā)生反應(yīng)，延緩防止磚的水化。

通過對(duì)國內(nèi)多家企業(yè)的考察和走訪，目前我國大多數(shù)企業(yè)浸蠟處理過程分為表面浸蠟和深度浸蠟。

（1）深度浸蠟

在鎂鈣磚完成燒成后，將其按批平放于鐵托盤上，完全置于浸蠟池中進(jìn)行浸蠟處理，需要在110℃的液態(tài)蠟中放置25～30min，直到液態(tài)蠟表面沒有明顯氣泡冒出為止。待常溫冷卻后，磚體表面由于蠟的分布不同，會(huì)有不均勻表面產(chǎn)生，需要進(jìn)行表面處理，以保證磚的尺寸，不影響現(xiàn)場(chǎng)砌筑。

（2）表面浸蠟

對(duì)于完成浸蠟處理的鎂鈣磚，在第一爐使用時(shí)，由于磚體內(nèi)部的蠟短時(shí)遇高溫會(huì)產(chǎn)生大量蒸汽，給現(xiàn)場(chǎng)的工人操作造成很大的麻煩，加之歐洲某些國家對(duì)于環(huán)保要求非常高，某些出口的鎂鈣磚被要求不允許大量使用浸蠟處理工藝，但同時(shí)又需要解決防水化問題。浙江某企業(yè)發(fā)明了表面浸蠟處理工藝，即在鎂鈣磚完成燒成后，完全置于110℃液態(tài)蠟中，但處理時(shí)間縮短至8～10min，保證表面浸蠟深度約為 1～1.5cm。

表面浸蠟處理工藝一方面解決了防水化問題，一方面滿足了客戶對(duì)于環(huán)保的不同需求。據(jù)浙江某企業(yè)實(shí)驗(yàn)，表面浸蠟一般可存放2至3個(gè)月。深度浸蠟可存放3至4個(gè)月。關(guān)于各種浸蠟處理之后的氣孔率和體積密度的對(duì)比，請(qǐng)查看表2：

表2 不浸蠟，表面浸蠟及深度浸蠟的氣孔率及體積密度的對(duì)比

3.2.2 密封包裝

密封包裝對(duì)于需要長(zhǎng)途運(yùn)輸及需要長(zhǎng)期存放的鎂鈣磚而言非常重要，其原理是通過包裝材料，將鎂鈣磚與水蒸氣隔絕，防止 CaO 與水反應(yīng)，延緩水化。

目前，我國主要采用標(biāo)準(zhǔn)密封包裝和抽真空鋁箔包裝兩種方式：

（1）標(biāo)準(zhǔn)密封包裝

此包裝主要用于國內(nèi)客戶使用，即運(yùn)輸時(shí)間不長(zhǎng)，存儲(chǔ)時(shí)限要求不高。

包裝標(biāo)準(zhǔn)為，最里層為一層防水塑料罩，托盤上部及底部用5mm 厚的泡沫紙平鋪，以防運(yùn)輸途中機(jī)械性碰撞引起的鎂鈣磚表面破損。托盤最外層用塑料薄膜整體熱態(tài)塑封。包裝完成圖見圖2：

（2）抽真空鋁箔包裝

目前，抽真空工藝為國內(nèi)外最新鎂鈣磚防水化包裝，中外多家企業(yè)均使用此包裝。由于包裝費(fèi)用昂貴，主要由于滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸及長(zhǎng)時(shí)間存放等特殊要求，尤其是對(duì)于出口的鎂鈣磚，大部分需要海洋運(yùn)輸至國外，運(yùn)輸環(huán)境潮濕，很容易引起鎂鈣磚的水化。此包裝原理為將鎂鈣磚置于鋁箔包裝之后，通過抽真空設(shè)備，將磚與鋁箔之間的空氣排盡，然后進(jìn)行熱態(tài)密封，將鎂鈣磚置于真空環(huán)境中，避免磚與水蒸氣接觸，延緩水化。此包裝工藝可將存放時(shí)間延長(zhǎng)至6至9個(gè)月，見圖3：

圖2 標(biāo)準(zhǔn)密封包裝照片

圖3 抽真空鋁箔包裝

某些關(guān)鍵部位用磚，如AOD風(fēng)眼磚，由于使用條件非?？量?，需要每塊單獨(dú)浸蠟和抽真空處理。

3.2.3 磨磚處理

由于鎂鈣磚在成型及燒結(jié)過程中，會(huì)出現(xiàn)彎曲、變形的情況，為了保證磚的尺寸的精確度，不影響現(xiàn)場(chǎng)砌筑。某些企業(yè)需要對(duì)成品磚進(jìn)行切磨處理。磨磚處理破環(huán)了磚燒成后的致密表層，容易吸收空氣中的水蒸氣使水化加劇，磨過的磚只能存放 1 個(gè)月[5]。企業(yè)在生產(chǎn)鎂鈣磚時(shí)，應(yīng)做好工藝控制，應(yīng)盡量避免不必要的磨磚處理。

4 結(jié)語

隨著鎂鈣磚應(yīng)用越來越廣泛，本文針對(duì)鎂鈣磚的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了論述。對(duì)于鎂鈣磚易水化的問題，提出幾種解決方法：

1）對(duì)于運(yùn)輸和存放條件要求不高的情況，可按深度浸蠟和標(biāo)準(zhǔn)密封包裝，一般可保存3個(gè)月。

2）對(duì)于某些對(duì)環(huán)保要求苛刻的國家的客戶，可采用表面浸蠟和標(biāo)準(zhǔn)密封或者抽真空鋁箔包裝，一般可保存3至6個(gè)月。

3）對(duì)于出口海洋運(yùn)輸和長(zhǎng)時(shí)間存放等極高要求，可采用深度浸蠟和抽真空鋁箔包裝，可保存6至9個(gè)月。

4）某些關(guān)鍵部位用磚，如 AOD 風(fēng)眼磚，由于使用條件非?？量?，需要每塊單獨(dú)浸蠟和抽真空處理。

5）鎂鈣磚防水化是一項(xiàng)綜合工藝，企業(yè)應(yīng)從原料、成型、燒成、包裝等各個(gè)方面綜合控制，才能取得優(yōu)異的防水化效果。

[1] 王 貴 平， 范 洪 軍， 太 鋼 AOD 爐 爐 齡 的 提 高 措 施 [J].耐 火 材 料，2006，40（2）：149.

[2] 張興業(yè)，楊林，楊帆 .我國鎂鈣質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)和使用現(xiàn)狀 [J]，山東冶金，2006，28（4）：28.

[3] 王誠訓(xùn) .爐外精煉用耐火材料 [M].北京 ：冶金工業(yè)出版社，1996.

[4] 陳樹江 .合成鎂鈣系耐火材料防水化技術(shù)及應(yīng)用研究 [D].上海 ：華東理工大學(xué)，2000.

[5] 張 冰，申向 利 .鎂鈣 磚水化對(duì)儲(chǔ)放的 影響 [J].武漢科技 大學(xué) 學(xué)報(bào)，2008，（31）：86.

Hydration Effect and Solution of Fired Magnesia Calcium Brick

Yin Si-jie

With the continuous development of stainless steel and clean steel in steelmaking process，two ref i ning requirements more and more high，magnesia calcium brick as a clean refractory at high temperature its good performance can be widely used.But the biggest disadvantage of magnesia calcium brick is that it is easy hydration in damp environment.This paper discusses the advantages and disadvantages of sintering and hydration effect of magnesia calcium brick and analyzes several solutions for waterproof.

f i red magnesia calcium brick ；hydration ；solution

TQ175.71

：A

：1003–6490（2017）07–0095–02

2017–05–24

殷嗣杰（1983—），男，湖北鐘祥人，工程師，主要研究方向?yàn)槟突鸩牧显诠I(yè)爐中的應(yīng)用。