镁钙系耐火材料的抗水化分析

冯隆

摘要：钙镁系耐火材料的研究时间比较早，然而其抗水化性能不好，极易被碱性材料所影响。文章对材料的特性开展了分析，在此基础上讨论了增强材料抗水化性能的方法，以期能为相关人士提供参考。

关键词：煅烧法；抗水化性能；钙镁系耐火材料

引言：伴随近些年的发展，氧化镁与氧化钙相结合的耐火材料逐渐引起人们的重视，具有较大的优势，其应用前景非常广阔。在有关方面的研究及生产获得了明显的成效，由此产生了很多种钙镁系耐火材料，逐渐朝着好的方向发展。然而根据现阶段状况，其高档次产品比较少，部分研发产品缺乏一定的生产能力，无法广泛运用。由此，应对有关的工艺开展研究，促进科研成果的运用，研发更多高档次产品，以实现社会发展的需要。

1.镁钙系耐火材料的特性

对于钙镁系耐火材料来看，它包含方镁石及石灰两种成分，具有氧化镁及氧化钙的特性。第一，耐火度高。氧化镁及氧化钙的熔点分别是2800及2600度。第二，碱度高。该类材料的游离氧化钙可以较好地适应炉渣，不但有很强的耐侵蚀性，在精炼过程中，炉渣碱度低的情况下，游离氧化钙会和炉渣中二氧化硅进行反应，达到2130度，构建硅酸二钙保护层，这会对气孔进行堵塞，从而降低炉渣的侵蚀问题。第三，耐热剥落。对于氧化钙来说，它有一定的蠕变特性，且弹性率比较低，还具有较强的高温韧性，由此，在对镁钙系材料进行运用时，具有较强的耐热剥落性，同时氧化镁与氧化钙相结合的两面角大于氧化镁和氧化镁结合，可以增强抗炉渣侵蚀性。第四，具备稳定的热力学特性。对于氧化物来说，氧化钙的性质相对稳定，这也导致钙镁系材料再供氧概率非常低[1]。同时它的高温寿命还比较高，所以镁钙系耐火材料的热力学性质相对稳定。第五，可以净化钢液，避免出现水口堵塞问题。对于碱性耐火材料，尤其是氧化钙含量多的材料，往往难以提高钢水中氧含量，甚至还会出现脱硫脱磷现象。它可以起到净化钢液的效果，通过游离氧化钙可以对二氧化硅等非金属夹杂进行捕捉，构建低熔物上浮，避免水口出现堵塞问题。

2.改善镁钙系耐火材料抗水化性能的方法

2.1煅烧法

煅烧法主要借助高温煅烧来实现晶粒生长，进一步增加材料的致密度，以增强其抗水化性能。该方法又分成两种形式，依次是高温及二步煅烧，很多研究者都借助该方法来增强镁钙砂的密度，以增强镁钙系材料抗水化性能。

（1）高温煅烧。将天然白云石当成原料，通过140兆帕压力进行压制成型，在1350至1650度下开展煅烧，以此形成钙镁系耐火材料，接着基于恒温恒湿环境中，对材料的抗水化性能开展检测。根据结果得知，煅烧温度越高，材料的密度会越大，由3.05增加到3.25g·cm-3，在这一过程中，水花质量增加率由原来的4%减少到1%。将天然白云石与菱镁矿当成原来构建氧化钙材料试验，借助140兆帕压力开展压制成型，经过1700至2000度煅烧，形成钙镁系耐火材料，接着通过煮沸法，对材料抗水化性能进行检测。通过结果得知，煅烧温度越高，方镁石晶粒生长速度就越快，构建材料的分化率会达到2%以下，这会增强材料的抗水化性能。该方法的工艺比较简单，形成的镁钙系耐火材料有着较高的密度，氧化镁晶粒会对氧化钙晶粒进行包裹，极大地增强了抗水性能。然而因为工业上想要完全烧结氧化钙，其温度要超过1800度，由此借助该方法要消耗很高的能源，同时还对烧结设备有着一定的要求，这会在一定程度上提高生产成本。（2）二步煅烧。将天然白云石当成原料，基于750至1000度下开展轻烧，其时长应控制在1至3.5小时，在进行压制成型之后，再基于1550至1700度下开展煅烧，时长控制在3小时左右，把它粉碎为2至3毫米的镁钙砂颗粒，借助蒸压法开展抗水化性能检测。根据结果得知，基于850度下开展轻烧三小时，在其成型之后通过1650度开展二次煅烧所获得的材料，其抗水化性能非常好，在水化后其粉化率低于2%。该方法形成的镁钙砂，它的密度及抗水化性能都超过了高温煅烧形成的材料。然而该方法的不足之处是工艺比较复杂，所需时间比较长。

2.2覆盖法

该方法是基于材料表面构建覆盖层及疏水层，尽可能避免和水分接触，以避免镁钙系材料水化。它也包含两种形式。（1）覆盖无机物。把镁钙砂颗粒放在水蒸气环境下，并且控制在35至45度之间，等到表面出现大量的氢氧化钙之后，向其中输送4至5L·min-1的二氧化碳，在700度下进行处理，时间控制在1小时，确保其表面出现碳酸钙覆盖层。根据试验结果来看，没有进行处理过的材料，其水化粉化率达到了87%（w），对于处理过的材料，其水化粉化率减少到12%（w）。另外，还可以借助这类工艺对氧化钙表面构建碳酸钙覆盖层，以提升它的抗水化性能。该方法的成本比较少，且具有良好的抗水化效果。然而难以对无机层开展控制，导致覆盖层分布不平衡，部分低熔点物覆盖层还将导致材料高温性能下降。实际进行运输时，极易导致脱落问题，影响抗水化效果

[2]。

（2）覆盖有机物。将高纯白云石及镁砂当作原料，借助200兆帕压力进行压制成型，接着在1600度下进行保温操作，持续三小时，将形成高钙镁钙系材料，然后对其进行浸蜡处理，借助自然防治法，对材料抗水性能进行检测。根据有关结果得知，该工艺在增强镁钙系材料的抗水性能上有较大的作用，基于自然环境下，能够确保产品保存超过半年的时间将菱镁矿及白云石当成原料，借助1800度开展煅烧，形成镁钙砂，接着借助油酸及硬脂酸等开展表面改性，以获得表面改性镁钙砂。根据试验结果得知，借助复合酸改性制备的材料，其抗水化效果非常好。因为改性剂中存在端羧基，能够和镁钙砂的钙离子形成反应，从而产生油酸钙及硬脂酸钙，可以对材料进行水汽隔绝。这两种方法进行比较，第二种方法比较简单，有关设备方面的要求不高，还可以形成优异的抗水化效果。然而基于高温作用下，却极易分解出有害物质，不利于生态环境。

2.3其它措施

（1）密封包装法。基于材料之上喷涂抗水化物质，然后借助防水材料开展包裹，或是放于密封箱中，避免与空气中水汽接触，从而增加存放时间。其优势在于成本不高，不会影响材料的性能。然而却不能防止材料水化，仅能在储存及运输中使用。（2）外加电场法。借助第一性原理开展计算，对外加电场条件中氧化镁晶面对水分子的吸收情况开展研究。根据结果得知，外加电场能够极大地降低氧化钙的吸附作用，避免水化反应的出现。

结论：综上所述，现阶段常见的增强镁钙系材料抗水性能的方法有覆盖法及煅烧法等，借助这些方法可以实现显著的效果，然而也有着一定的问题，煅烧法对温度有一定要求，相关工艺比较复杂，成本很高；覆盖法会导致材料体积增加，导致材料性能下降，借助覆盖有机物的形式，在高温下会形成有毒物质，不利于操作人员的健康，还会导致环境污染问题。在将来研究中，应致力于水化机制的研究，对外部条件开展综合分析，如磁场等；利用纳米技术，提升材料抗水化性能；采用科学的制备工艺，融合多种方法，全面减少生产成本，增强材料的性能。

参考文献：

[1]于秋月.MgO-CaO耐火材料抗水化性能研究进展[J].有色矿冶,2022,(02):39-42.

[2]彭俐俐.镁钙系耐火材料结构与性能的关系[J].轻工科技,2021,(11):20-21.