无铬碱性耐火砖_镁亚铁_铝尖晶石砖

3500 水泥 耐火砖 2 0
熟料
单位熟料消耗量
1 75
3000 1 59
年 2500 1 35 1 5 熟料 1 40 1 45 2970
/
kg/t 2435
百万吨
2000
1 34
1 13
2330 ， 1705
0 80
72 单位
熟料消耗量
丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈
丈丈丈无丈铬丈碱 丈性 耐丈火丈砖丈丈丈
丈丈丈丈丈——丈镁亚丈铁、铝丈尖晶丈石砖丈丈
丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈
水泥预分解窑熟料在生产过程 中，窑内耐火砖产生的热、热机械、热 化学应力易使火砖损坏。

延长耐火 砖的使用寿命，有利于减少砖耗，更 重 要 的 是 可 以 增 加 窑 的 运 转 率 、产 量、热效率，降低能耗和有害物排放。

随着预分解窑技术的发展和规 格的增大，上述应力相应增加。

提高 耐火
砖产品质量，延长使用寿命，一
直是水泥和耐火材料行业关注的焦 点。

随着耐火砖质量和性能的提高， 窑 的 砖 耗 逐 年 下 降 ，1970 年 至 2010 年，单位吨熟料砖耗从 1.2kg 下降至 0.72k g （图 1）。

1 镁铬砖的应用
上世纪中叶，天然镁砂制成的直 接结合镁铬砖脆性大，易使砖产生碎 裂，仅用于钢铁行业。

60 年代，开始
采 用 优 质 镁 砂 ，同 时 选 用 优 质 铬 矿 石，通过特殊煅烧生产的直接结合镁 铬砖具有优良的弹性和热塑应力松 驰、挂窑皮性能和抗热震性能，以及 较好的抗化学侵蚀性能，用于各种回 转窑的烧成带和碱盐侵蚀较低的回 转窑过渡带，逐渐发展成为水泥窑用 碱性砖的主要产品。

仅以国外某耐 火材料制造企业生产的某一品牌的 镁铬砖为例，从 1967 年至今，总产量 超过 200 万吨（>2 亿块）。

镁铬砖内含有铬，在水泥窑熟料 煅烧过程中，窑料和熟料中的碱（或 硫）与砖内稳定的 3 价铬作用生成氧 化能力极强的 6 价铬，这些铬盐极易 溶于水中，生成的溶液对人体产生危 害，从环保的要求来看，必须开发无 铬的碱性耐火砖。

2 无铬碱性耐火砖
多年来，耐火材料生产企业一直 从事镁铬砖内铬减量化工作，从含铬 量>8%下降至 4%以内，另一方面开 展无铬碱性砖的研究，也就是优化无
铬的镁铝尖晶石、白云石、镁白云石、 镁铁尖晶石、镁锆砖等无铬碱性砖， 取得了不同程度进展。

迄今为止，很 难有一种碱性砖在性能和价格上全 面取代镁铬砖，人们一直在寻找和优 化无铬碱性耐火砖，使之全面取代性 能优良且价格相对便宜的镁铬砖。

近年来，一种采用合成亚铁尖晶 石作为弹性剂与含有氧化铁的烧结 氧化镁作为原料，通过特殊的煅烧所
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. .
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图 1 镁铬砖的年消耗量和砖耗
表 1 铬矿石、镁铝尖晶石、亚铁尖晶石的化学成分，% 2013/5 水泥技术 107
化学成分 铬矿石 镁铝尖晶石
亚铁尖晶石 SiO 2
0.5~2 <0.5
<2.0
Al 2O 3 10~25 67 35~60 Fe 2O 3 14~28 <0.5 20~30 Cr 2O 3 30~48 — — MgO 12~20 32 20~50 CaO
<0.8
<0.5
<0.5
. . . . . . . .
图 2 镁亚铁、铝尖晶石耐火砖粘挂窑皮状况
1 4 1
2 1 0
相关性能 0 8
0 6 0 4 0 2
CCS 孔隙度 SSI 透气性
PERILEX80 镁铬砖
PERILEXCF 镁、亚铁、铝尖晶石砖
制成的镁铁（亚铁）铝无铬耐火砖的性能引起人们关注，
作为弹性剂的铬矿石、镁铝尖晶石、亚铁尖晶石的化学 成分见表 1。

2.1 化学性能 亚铁尖晶石作为弹性剂所制造的耐火
砖、在 MgO-
Al 2O 3-Fe 2O 3 系统内的亚铁尖晶石的化学成分与镁铝尖 晶石差别较大，而与铬矿石成分接近，在耐火砖生产过 程中，Al 2O 3 和 MgO 或 FeO/Fe 2O 3 较易取代 Cr 2O 3，因而所 制成的耐火砖不含 Cr 2O 3。

熔融氧化镁和氧化铁、铁尖晶石与周边物质反应， 局部形成不均匀的孔隙和微细结构，相应降低了铁尖晶 石抗熟料熔体的侵蚀，而亚铁尖晶石与镁铝尖晶石相 似，却不与周边物质反应，因而抗熟料熔体侵蚀。

镁铬砖内铬矿石易与窑料和窑气内碱化合物作用， 生 成 脆 性 的 铬 碱 化 合 物 。

按 照 碱 坩 埚 试 验 对 比 ，在 1350℃工况下，以碳酸钾溶液作试验，其结果是铬矿石
与碳酸钾生成铬酸盐，在坩埚底部发现大量痕迹，而亚 铁尖晶石不与碳酸钾作用。

由亚铁尖晶石与含有氧化
铁的烧结氧化镁制造的
无铬耐火砖内存在的亚铁尖晶石、镁铁尖晶石和 C 2S 等 易与窑料作用，生成粘性高的铁酸钙和铝酸钙化合物， 提高了挂窑皮性能，超过了尖晶石和镁铬砖（图 2）。

2.2 物理性能 粗颗粒晶体和亚铁尖晶石、尖晶石组成
并通过特殊
煅烧技术生产的镁亚铁铝尖晶石砖，具有优良的弹性和 抗热震性能，蠕变应力减少，与镁铬砖相比具有较好的 热机械性能（图 3）。

在合适的耐火度下，耐压强度高约 20%。

孔隙率仅为 13%~15%，较镁铬砖低约 3%~4%，在不 影响其他性能的前提下，抗熔体渗透增加约 25%。

应力
敏感指数 SSI 较镁铬砖稍低，SSI 指耐火砖所承 受的热膨胀应力和椭圆度应力之和减去耐火砖自身的 冷压强度，即
SSI =σWD +σD -CCS
式中： SSI ——应力敏感指数，
MPa σWD ——热膨胀应力，MPa σD ——椭圆度应力，MPa CCS ——冷压强度，MPa 公式可转化为：
（1）
D max × T o
SSI = E +K E -CCS
（2）
d z d 100% 1450℃ 式中：
D max ——在荷重软化测试中达到的最大膨胀量，% T o ——最大膨胀温度，℃
E d ——动力
弹性模量,MPa K z ——允许的椭圆度系数，0.67×10-3
从式（2）来看，应力敏感指数几乎与耐火砖的所有 物理性能均有关，即高温下的耐火砖热膨胀、椭圆度应 力及砖的强度等。

实践证实，SSI 值越小，耐火砖的物理 性能越优。

由于亚铁尖晶石砖具有优良的微细结构，其热塑性 应力松驰值低于镁铬砖。

热塑性松驰是指在确定的时 间内（一般为 25h ），正常的压力和正常的温度下，耐火砖 蠕变值越小，抗热机械应力越优。

上述情况表明，氧化镁和亚铁尖晶石制成的无铬碱 性砖具有优良的热机械、热化学性能，适用于常温工况 下和热机械应力较高的大型预分解窑的烧成带、上过渡 带和碱负荷重的烧成带，能否大量应用视情况确定。

（陈友德编译自
No.5/2013 Z.K.G.International ）
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. . . 图 3 镁、亚铁、铝尖晶石耐火砖与镁铬砖物理性能比较
CEMENT TECHNOLOGY 5/2013
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