鎂鋁尖晶石磚是以鎂鋁尖晶石取代鎂鉻磚中的鎂鉻尖晶石制造出來(lái)的新型耐火材料。鎂鋁尖晶石(MA)的化學(xué)式為MgO·AL2O3,其中MgO占28.2%,AL2O3占71.8%。鎂鋁尖晶石磚屬于等軸晶系礦物,N=1.715,硬度=8,密度3.55,熔點(diǎn)2135℃,熱膨脹系數(shù)約8.5X10-6K-1制磚時(shí),在鎂砂中摻加鎂鋁尖晶石后,可以大幅度提高耐火材料的抗熱震性。但是,氧化鋁不能提高耐火材料的直接結(jié)合度,也不能穩(wěn)定窯皮中的C2S。因而,鎂鋁尖晶石磚的抗侵蝕、掛窯皮性能不如鎂鉻磚。因此,鎂鋁鎂鋁尖晶石磚的考法都是圍繞緩解這些缺點(diǎn)而進(jìn)行的。
迄今為止,開(kāi)發(fā)了四代鎂鋁尖晶石磚。其中,第一代產(chǎn)品已被淘汰:第二代用于過(guò)渡帶:第三代,特別是第四代產(chǎn)品用于水泥窯燒成帶。第一代尖晶石磚系添加氧化鋁或高鋁礬土細(xì)粉,經(jīng)燒結(jié)制成。由于在高溫下大量形成原位鎂鋁尖晶石,磚體的結(jié)構(gòu)比較松散。第二代產(chǎn)品系添加合成尖晶石制成的材料,其體積密度、顯氣孔率、抗侵蝕性等性能均有較大提高。第三代鎂鋁尖晶石磚系復(fù)合第二代和第一代技術(shù)制成。制磚時(shí),一部分尖晶石是預(yù)合成的,另一部分尖晶石是原位形成的。這樣,可以利用形成鎂鋁尖晶石的松散效應(yīng)提高抗熱震性。第四代產(chǎn)品是由電熔尖晶石取代燒結(jié)尖晶石制作的耐火材料。由于電熔鎂鋁尖晶石結(jié)構(gòu)致密、晶粒較大,有利于提高耐火材料的抗侵蝕性和掛窯皮性。盡管如此,鎂鋁質(zhì)材料的掛窯皮和抗侵蝕還是不及鎂鉻質(zhì)的材料。
對(duì)于鎂鋁尖晶石磚,如提高其抗熱震性,降低導(dǎo)熱系數(shù),就要提高尖晶石摻量。但如提高抗侵蝕、掛窯皮性,就要降低尖晶石摻量。為了解這一矛盾,就需要在減少鎂鋁系材料的AL2O3含量的同時(shí)加入氧化鋯ZrO2,制得含鋯的方鎂石-鎂鋁尖晶石磚。在鎂鋁鋯系耐火材料中添加約1%的La2O3,燒成時(shí)就會(huì)形成鋯酸鑭La2O3·2ZrO2。加入La2O3+ZrO2后,可使鎂鋁系材料同時(shí)獲得優(yōu)異的抗熱震性和掛窯皮性。不過(guò),ZrO2、La2O3價(jià)格昂貴,即便添加少量也會(huì)增加產(chǎn)品的成本,影響產(chǎn)品的銷(xiāo)售。
鎂鋁尖晶石磚也有弱點(diǎn):
(1)較差的掛窯皮性。(2)較高的導(dǎo)熱系數(shù)(3)磚中的尖晶石組分在過(guò)熱條件下易與水泥熟料中的C3S或C3A反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的C12A7,導(dǎo)致窯皮層燒流,造成尖晶石礦物的蝕損。這些不利因素限制了鎂鋁尖晶石磚的使用。
在水泥窯燒成帶使用鎂鋁尖晶石磚,要求兩個(gè)條件:①水泥窯具有形成良好窯皮的條件:②精心維護(hù)好窯皮。
由于水泥熟料中的C3S和C3A不能和鎂鋁尖晶石MA共存,水泥熟料和鎂鋁尖晶石磚在高溫下接觸時(shí),熟料中的CaO、SiO2就會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入耐火材料。在水泥熟料中,C3S將會(huì)分解,在原位大量形成C2S。耐火材料中,MA會(huì)被腐蝕,形成成分接近鈣鋁黃長(zhǎng)石C2AS的玻璃相。這樣,一方面,窯皮容易燒流或容易因C2S的粉化而垮落:另一方面,就是耐火材料得不到窯皮的有效保護(hù),因而會(huì)發(fā)生深入的侵蝕而損壞。因而,使用鎂鋁尖晶石磚的關(guān)鍵就是迅速掛好窯皮,并始終如一地精心維護(hù)好窯皮。