烧成镁钙砖水化影响与解决方法

殷嗣杰

（摩根热陶瓷（上海）有限公司，上海 200000）

烧成镁钙砖水化影响与解决方法

殷嗣杰

（摩根热陶瓷（上海）有限公司，上海 200000）

随着不锈钢和洁净钢的不断发展，炼钢工艺中二次精炼要求越来越高，镁钙砖作为清洁耐材以其良好的高温性能得以大量使用。但镁钙砖最大的缺点就在于潮湿环境中容易水化。基于此，研究了烧成镁钙砖的优缺点及水化影响并分析了几种防水化的方法。

烧成镁钙砖；水化；解决方法

1 前言

随着世界范围内不锈钢和洁净钢的不断发展，各国对环保的要求越来越严，炼钢工艺中二次精炼在生产这些高级钢种中显得极其重要，更是对耐火材料提出了更高的要求，如优异的高温条件下的使用性能、高的炉衬使用寿命、精炼过程中钢水二次污染的防范、经济环保的耐火材料的选择、用后耐火材料对环境的影响等。镁铬砖作为传统耐火材料，在精炼工艺中，以其优异的高温性能得以使用多年，但随着精炼工艺的发展，其耐火材料消耗大，侵蚀速度快，炉衬使用寿命比较低并且不利于洁净钢的生产的缺点逐渐显现，现代精炼工艺急需一种更加优异的耐火材料。

2 烧成镁钙砖的优缺点及水化影响

2.1 烧成镁钙砖的生产及理化指标

目前，我国镁钙砖生产主要分布于辽宁省，山西省和浙江省，其中浙江某企业因为地处我国南方地区，气候潮湿，生产镁钙砖难度非常大。

浙江某企业生产烧成镁钙砖的理化指标见表1：

表1 烧成镁钙砖理化指标

2.2 烧成镁钙砖的优缺点

烧成镁钙砖主要用做不锈钢生产中精炼工艺的 AOD，VOD炉的炉衬材料，用来替代原来使用的镁铬砖。目前，我国最大的不锈钢生产企业太原钢铁公司AOD炉全部使用烧成镁钙砖作为炉衬材料，至2005年8月平均炉龄为163炉，最高炉龄达到 189 炉[1]。

相比较镁铬砖而言，其优点主要体现在下面三个方面：

（1）镁钙砖作为清洁耐材，具有净化钢水的作用，砖中游离 CaO 能吸附钢水中的 S、P 以及 Al2O3、SiO2等杂质，使钢水得到净化[2]，符合现代化洁净钢的生产要求。

（2）镁钙砖抗高碱性渣性能优于镁铬砖，改善脱硫效果，可提高炉衬使用寿命。部分厂家研发的含锆镁钙砖，各项使用性能均要优于镁钙砖。

（3）镁钙砖生产费用更低，其主要原料为天然白云石，经后期烧成合成镁钙砂。由于天然白云石在我国储量非常丰富，价格便宜。如国外某企业在我国安徽池州建立了原料加工基地，进一步节约了生产成本。反观镁铬砖，其原料中的铬矿价格昂贵，在我国仅新疆地区有少量分布，绝大部分需要从南非、印度等地进口，生产成本非常高，并且由于进口时间比较长，给生产周期的控制带了不确定因素。另外，镁铬砖用后的处理非常重要，因为六价铬是剧毒物质，对环境尤其是水资源的污染非常大，不符合环保要求。

虽然镁钙砖拥有很多优点，但由于其在潮湿环境中容易水化，导致砖体粉化，严重影响了砖的结构和使用性能，给生产、包装、运输、存放和使用提出了更高的环境要求，也是目前我国镁钙砖生产企业面临的最大难题。

2.3 镁钙砖的水化影响

游离 CaO 与水发生如下反应[3]：

这是自发的反应，只要遇到水或者水蒸气，反应就会不可避免的发生，一直延续到547℃ .当此反应发生后，镁钙砖基体中 CaO 结构单元发生瓦解，生成了四个 Ca（OH）2结构单元，基体体积增大，造成镁钙砖的粉化。

辽宁某企业生产烧成镁钙砖水化反应后粉化照片见图1：

图1 烧成镁钙砖水化照片

3 烧成镁钙砖水化解决方法

3.1 国内外镁钙砖防水化的措施

目前，国内外镁钙砖防水化的方法有[4]：①进行表面处理，如磨砖、浸蜡等；②生产镁钙砖时加入少量添加剂；③高温烧成或者二步煅烧，使 CaO 晶粒充分长大，在煅烧过程中，使材料结构致密化，减少粒界面积；④密封包装；⑤在生产工艺的各个环节进行控制，如选用高密度和纯度的原料，无水结合，合理的颗粒级配比，烧成时窑车的摆放及科学的烧成温度控制等。目前，各家企业均采用综合控制手段来防止镁钙砖的水化，但由于各家工艺控制不同，防水化效果也不同。

3.2 镁钙砖防水化的方法分析

3.2.1 浸蜡处理

镁钙砖浸蜡处理的原理是，通过高温浸蜡处理，阻隔砖与水蒸气的接触，避免水与 CaO 发生反应，延缓防止砖的水化。

通过对国内多家企业的考察和走访，目前我国大多数企业浸蜡处理过程分为表面浸蜡和深度浸蜡。

（1）深度浸蜡

在镁钙砖完成烧成后，将其按批平放于铁托盘上，完全置于浸蜡池中进行浸蜡处理，需要在110℃的液态蜡中放置25～30min，直到液态蜡表面没有明显气泡冒出为止。待常温冷却后，砖体表面由于蜡的分布不同，会有不均匀表面产生，需要进行表面处理，以保证砖的尺寸，不影响现场砌筑。

（2）表面浸蜡

对于完成浸蜡处理的镁钙砖，在第一炉使用时，由于砖体内部的蜡短时遇高温会产生大量蒸汽，给现场的工人操作造成很大的麻烦，加之欧洲某些国家对于环保要求非常高，某些出口的镁钙砖被要求不允许大量使用浸蜡处理工艺，但同时又需要解决防水化问题。浙江某企业发明了表面浸蜡处理工艺，即在镁钙砖完成烧成后，完全置于110℃液态蜡中，但处理时间缩短至8～10min，保证表面浸蜡深度约为 1～1.5cm。

表面浸蜡处理工艺一方面解决了防水化问题，一方面满足了客户对于环保的不同需求。据浙江某企业实验，表面浸蜡一般可存放2至3个月。深度浸蜡可存放3至4个月。关于各种浸蜡处理之后的气孔率和体积密度的对比，请查看表2：

表2 不浸蜡，表面浸蜡及深度浸蜡的气孔率及体积密度的对比

3.2.2 密封包装

密封包装对于需要长途运输及需要长期存放的镁钙砖而言非常重要，其原理是通过包装材料，将镁钙砖与水蒸气隔绝，防止 CaO 与水反应，延缓水化。

目前，我国主要采用标准密封包装和抽真空铝箔包装两种方式：

（1）标准密封包装

此包装主要用于国内客户使用，即运输时间不长，存储时限要求不高。

包装标准为，最里层为一层防水塑料罩，托盘上部及底部用5mm 厚的泡沫纸平铺，以防运输途中机械性碰撞引起的镁钙砖表面破损。托盘最外层用塑料薄膜整体热态塑封。包装完成图见图2：

（2）抽真空铝箔包装

目前，抽真空工艺为国内外最新镁钙砖防水化包装，中外多家企业均使用此包装。由于包装费用昂贵，主要由于满足长途运输及长时间存放等特殊要求，尤其是对于出口的镁钙砖，大部分需要海洋运输至国外，运输环境潮湿，很容易引起镁钙砖的水化。此包装原理为将镁钙砖置于铝箔包装之后，通过抽真空设备，将砖与铝箔之间的空气排尽，然后进行热态密封，将镁钙砖置于真空环境中，避免砖与水蒸气接触，延缓水化。此包装工艺可将存放时间延长至6至9个月，见图3：

图2 标准密封包装照片

图3 抽真空铝箔包装

某些关键部位用砖，如AOD风眼砖，由于使用条件非常苛刻，需要每块单独浸蜡和抽真空处理。

3.2.3 磨砖处理

由于镁钙砖在成型及烧结过程中，会出现弯曲、变形的情况，为了保证砖的尺寸的精确度，不影响现场砌筑。某些企业需要对成品砖进行切磨处理。磨砖处理破环了砖烧成后的致密表层，容易吸收空气中的水蒸气使水化加剧，磨过的砖只能存放 1 个月[5]。企业在生产镁钙砖时，应做好工艺控制，应尽量避免不必要的磨砖处理。

4 结语

随着镁钙砖应用越来越广泛，本文针对镁钙砖的优缺点进行了论述。对于镁钙砖易水化的问题，提出几种解决方法：

1）对于运输和存放条件要求不高的情况，可按深度浸蜡和标准密封包装，一般可保存3个月。

2）对于某些对环保要求苛刻的国家的客户，可采用表面浸蜡和标准密封或者抽真空铝箔包装，一般可保存3至6个月。

3）对于出口海洋运输和长时间存放等极高要求，可采用深度浸蜡和抽真空铝箔包装，可保存6至9个月。

4）某些关键部位用砖，如 AOD 风眼砖，由于使用条件非常苛刻，需要每块单独浸蜡和抽真空处理。

5）镁钙砖防水化是一项综合工艺，企业应从原料、成型、烧成、包装等各个方面综合控制，才能取得优异的防水化效果。

[1] 王 贵 平， 范 洪 军， 太 钢 AOD 炉 炉 龄 的 提 高 措 施 [J].耐 火 材 料，2006，40（2）：149.

[2] 张兴业，杨林，杨帆 .我国镁钙质耐火材料的生产和使用现状 [J]，山东冶金，2006，28（4）：28.

[3] 王诚训 .炉外精炼用耐火材料 [M].北京 ：冶金工业出版社，1996.

[4] 陈树江 .合成镁钙系耐火材料防水化技术及应用研究 [D].上海 ：华东理工大学，2000.

[5] 张 冰，申向 利 .镁钙 砖水化对储放的 影响 [J].武汉科技 大学 学报，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，湖北钟祥人，工程师，主要研究方向为耐火材料在工业炉中的应用。