【正文】 ............................................ 66 1 1 緒 論 鎂質(zhì)耐火材料以 菱鎂礦 、海水鎂砂和 白云石 等作為原料，以 方鎂石 為 主晶相 、 氧化鎂 含量在 80%以上的 耐火材料 。屬于 堿性耐火材料 。 其產(chǎn)品可分為冶金鎂砂和 鎂 質(zhì)制品兩大類。依化學(xué)組成及用途可分為冶金鎂砂 、 鎂磚 、 鎂硅磚 、 鎂鋁磚 、 鎂鈣磚 、 鎂碳磚 及其他品種等。其性能受 CaO/SiO2比和 雜質(zhì) 的影響很大。高純鎂磚的荷重軟化點(diǎn)和耐熱震性都遠(yuǎn)較一般鎂磚為好。耐火度 高，對(duì)堿性渣和 鐵渣 有很好的抵抗性，是一種重要的高級(jí)耐火材料。鎂質(zhì)制品多用燒結(jié)法生產(chǎn)，燒成溫度一般在 1500～ 1800℃ 之間，另外，也可以加化學(xué)結(jié)合劑，制成 不燒磚 和 不定形耐火材料 。主要用于 平爐 、 電爐 、氧化轉(zhuǎn)爐、有色金屬 冶煉爐、水泥窯和堿性耐火材料的煅燒窯等。 原料 生產(chǎn)鎂質(zhì)耐火材料的主要原料是菱鎂礦；其次是水鎂石，海水，鹵水和白云石等。我國(guó)有蘊(yùn)藏豐富，地質(zhì) 優(yōu)良的天然鎂礦，中國(guó)是世界上菱鎂礦資源最為豐富的國(guó)家。總保有儲(chǔ)量礦石 30 億噸，居世界第 1 位。我國(guó)菱鎂礦的重要特點(diǎn)是地區(qū)分布不廣、儲(chǔ)量相對(duì)集中，大型礦床多。探明儲(chǔ)量的礦區(qū) 27 處，分布于 9 個(gè)省 (區(qū) )，以遼寧菱鎂礦儲(chǔ)量最為豐富，占全國(guó)的 %；山東、 西藏 、新疆、甘肅次之。在 20 多處礦床中， 10 個(gè)大礦區(qū)擁有 94%的儲(chǔ)量。礦床類型以沉積變質(zhì) 熱液交代型為最重要，如遼寧 海城 、 營(yíng)口 等地菱鎂礦產(chǎn)地、山東 掖縣菱鎂礦產(chǎn)地等；沉積型、熱液脈型和基性 超基性巖型不具重要意義。中國(guó)菱鎂礦主要形成于前震旦紀(jì)和震旦紀(jì)， 少數(shù)礦床形成于古生代和中新生代。 鎂石 菱鎂礦是化學(xué)組成為 MgCO晶體屬三方晶系的碳酸鹽礦物。常有鐵、錳替代鎂，但天然菱鎂礦的含鐵量一般不高。 1960 年，在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的河西石是一種Ni含量高達(dá) %的菱鎂礦變種。菱鎂礦通常呈顯晶粒狀或隱晶質(zhì)致密塊狀， 2 后者又稱為瓷狀菱鎂礦。白或灰白色，含鐵的呈黃至褐色，玻璃光澤。具完全的菱面體解理，瓷狀菱鎂礦則具貝殼狀斷口。摩斯硬度 ～ ,比重 ～ 。 菱鎂礦是一種 碳酸鎂 礦物 ，它是 鎂 的主要來源。含有鎂的溶液作用于 方解石 后，會(huì)使方解石變成菱鎂礦，因此菱鎂礦也屬于方解石族。富含鎂的 巖石 也會(huì)變化成菱鎂礦。菱鎂礦中常常含有 鐵 ，這是鐵或 錳 取 代掉 鎂的結(jié)果。菱鎂礦白色或灰白色，有 玻璃光澤 ，含鐵的菱鎂礦會(huì)呈現(xiàn)出黃到褐色。如果呈現(xiàn)出 晶體 就是粒狀，如果不顯出晶體則是塊狀。菱鎂礦除提煉鎂外，還可用作 耐火材料 和制取鎂的化合物。 1. 晶體化學(xué) 理論組成 (wB%)： ， CO2 。 MgCO3— FeCO3 之間可形成完全 類質(zhì)同像 ，天然菱鎂礦的含 FeO 量一般 8%。含 FeO約 9%者稱鐵菱鎂礦；更富含 Fe 者稱菱鐵鎂礦。有時(shí)含 Mn、 Ca、 Ni、 Si 等混入物。致密塊狀者常含有 蛋白石 、 蛇紋石 等雜質(zhì)。 2. 結(jié)構(gòu)與形態(tài) 三方晶系 ，菱面體 晶胞 ： arh=，α =48。 1039。； Z=2；六方晶胞：ah=， ch=； Z=6。方解石型結(jié)構(gòu)。 復(fù)三方偏三角面體晶類，D3d3m(L33L23PC)。晶體少見。主要單形：菱面體 r、 f，六方柱 m、 a，平行雙面 c，復(fù)三方偏三角面體 v。常呈顯晶粒狀或 隱晶質(zhì) 致密塊體。在 風(fēng)化帶 常呈隱晶質(zhì)瓷狀。 理化性質(zhì) 白色或淺黃白、灰白色，有時(shí)帶淡紅色調(diào)，含鐵者呈黃至褐色、棕色； 陶瓷 狀者大都呈雪白色。玻璃光澤。具完全解理。瓷狀者呈貝殼狀 斷口 。硬度 4~。性脆。相對(duì)密度 ~。含鐵者密度和 折射率 均增大。隱晶質(zhì)菱鎂礦呈致密塊狀，外觀似未上釉的瓷，故亦稱瓷狀菱鎂礦。 偏光 鏡 下： 一軸晶 ()，折射率及重折率隨鐵含量增高而變大。具很高的重折率。 3 鎂砂 又稱燒結(jié)鎂砂。由 菱鎂礦 、水鎂礦或從 海水 中提取的 氫氧化鎂 經(jīng)高溫 煅燒而成。抗水化能力強(qiáng)。 系菱鎂礦等 鎂 質(zhì)原料經(jīng)高溫處理達(dá)到 燒結(jié) 程度的產(chǎn)物的統(tǒng)稱。用豎窯、 回轉(zhuǎn)窯 等高溫設(shè)備一次煅燒或二步煅燒工藝，以天然菱鎂礦為原料燒制的鎂砂稱為燒結(jié)鎂砂；以菱鎂礦等為原料經(jīng) 電弧爐 熔煉達(dá)到 熔融 狀態(tài)冷卻后形成的稱為電熔鎂砂 ；從海水中提取 氧化鎂 制成的稱為海水鎂砂。鎂砂是 耐火材料 最重要的 原料 之一，用于制造各種 鎂磚 、 鎂鋁磚 、 搗打料 、補(bǔ)爐料等。含有雜質(zhì)較多的，用于鋪筑煉鋼爐底等。 高純鎂砂是選用天然特級(jí)菱鎂礦石浮選提純經(jīng)輕燒、細(xì)磨、壓球、超高溫油豎窯煅燒而成。是制磚、不定耐火材料優(yōu)質(zhì)原料。 中檔鎂砂是以 MgO 含量為 97％的輕燒氧化鎂為原料，經(jīng)壓球、高溫豎窯煅燒等工藝生產(chǎn)而成。產(chǎn)品燒結(jié)程度好，結(jié)晶致密，是生產(chǎn)中檔鎂質(zhì)耐火制品的優(yōu)質(zhì)原料。 電熔鎂砂是用精選的特 A 級(jí)天然菱鎂石或高純 輕燒鎂 顆粒，在電弧爐中熔融制得。該產(chǎn)品具有純度高，結(jié)晶粒大，結(jié)構(gòu)致密，抗渣性強(qiáng)材料，熱震穩(wěn)定性好，是一種優(yōu)良的高溫電氣絕緣材料，也是制作高檔鎂磚， 鎂碳磚 及不定形耐火材料的重要原料。 各種磚的介紹 鎂磚 氧化鎂 含量在 90%以上、以 方鎂石 為主 晶相 的 堿性 耐火材料 。 一般可分為燒結(jié)鎂磚（又稱燒成鎂磚）和化學(xué)結(jié)合鎂磚（又稱不燒鎂磚）兩大類。 純度 和 燒成 溫度高的鎂磚，由于方鎂石 晶粒 直接接觸，稱為直接結(jié)合鎂磚；用 電熔鎂砂 為 原料 制成的 磚 稱為電熔再結(jié)合鎂磚。 鎂 磚有較高的 耐火度 ，很好的耐堿性渣性能，荷重軟化開始溫度高，但抗熱震性能差。燒結(jié)鎂磚以制磚鎂磚為原料，經(jīng) 粉碎 、 配料 、混練、 成型 后，在1550～ 1600℃ 的高溫下燒成，高純制品的燒成溫度在 1750℃ 以上。不澆鎂磚是 4 在 鎂砂 中加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)結(jié)合劑，經(jīng)混煉、成型、 干燥 而制成。 主要用于 煉鋼 堿性平爐、 電爐 爐底和爐墻，氧氣轉(zhuǎn)爐的永久襯， 有色金屬冶煉爐，高溫 隧道窯 ，煅燒鎂磚和 水泥回轉(zhuǎn)窯 內(nèi)襯， 加熱爐 的爐底和爐墻，玻璃窯蓄熱室格子磚等。 指標(biāo)： 表 11 鎂質(zhì)制品的理化指標(biāo) 牌號(hào) 指標(biāo) MGe20 MGe16 MGe12 MMGe8 DBMKA DBMKB DBMKC MgO≥（％） 40 45 55 60 80 80 80 Cr2O3≤（％） 20 16 12 8 68 68 68 SiO2≤（％） 顯氣孔率 ≤（％） 23 23 23 24 18 18 18 常溫耐壓強(qiáng)度 ≥（ MPa) 15℃ 25℃ ) 40 40 40 荷重軟化溫度≥（ ℃ ） 1550 1550 1550 1530 1680 1650 1620 鎂鋁磚 用 鎂砂 和少量工業(yè) 氧化鋁 或 礬土 為原料燒制而成的一種 堿性耐火材料 。熱穩(wěn)定性比 鎂磚 好， 耐火度 在 1580℃ 以上。能耐堿性熔渣的侵蝕。 制品中 氧化鎂 含量為 85%左右。氧化鋁含量為 5%～ 10%，以 方鎂石 為主 5 晶相、鎂鋁尖晶石為次晶相（作為主要結(jié)合相）的堿性耐火材料。 顯氣孔率 一般為 15～ 18%。 熱膨脹系數(shù) 為 106/℃ 。 抗熱震性 比相應(yīng)的鎂磚好。由于基質(zhì)中分布有熔點(diǎn)較高的鎂鋁尖晶石，其高溫強(qiáng)度較高，荷重軟化開始溫度在 1580℃以上?？乖砸草^好。一般以優(yōu)質(zhì)燒結(jié)鎂砂為粒狀料，加入按一定比例配合的鎂砂同生礬土或輕燒礬土熟料或工業(yè)氧化鋁組成的細(xì)粉，經(jīng)混煉、成型和燒成而制得。主要用于煉鋼 平爐 和 電爐 的爐頂、高溫隧道窯、大型 水泥回轉(zhuǎn)窯 和 有色金屬 冶煉爐等。 鎂鉻磚 以氧化鎂 (MgO)和三氧化二鉻 (Cr2O3)為主要成分，方鎂石和尖晶石為主要礦物組分的 耐火材料 制品。這類磚耐火度高 ,高溫強(qiáng)度大 ,抗堿性渣侵蝕性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，對(duì)酸性渣也有一定的適應(yīng)性。制造鎂鉻磚的主要原料是燒結(jié)鎂砂和鉻鐵礦。鎂砂原料的純度要盡可能高，鉻鐵礦化學(xué)成分的要求為： Cr2O330～ 45％， CaO 不大于 ～ ％。 燒制鎂鉻磚的生產(chǎn)工藝與鎂質(zhì)磚大體相仿。為了消除磚 在燒成過程中由于 MgO 和 Cr2O Al2O3 或鐵的氧化物反應(yīng)生成尖晶石時(shí)的膨脹而引起的松散效應(yīng)，也可采用合成的共同燒結(jié)料制成鎂鉻磚。此外，還有不燒鎂鉻磚，例如，用無(wú)機(jī)鎂鹽溶液結(jié)合的不燒鎂鉻磚。不燒鎂鉻磚生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低，熱穩(wěn)定性也好，但高溫強(qiáng)度遠(yuǎn)不及燒成磚。 50 年代末，發(fā)展出一種所謂 “直接結(jié)合 ”鎂鉻磚。這種磚的特點(diǎn)是原料純 ,燒成溫度高 ,方鎂石、尖晶石等高溫相之間直接結(jié)合，硅酸鹽等低熔相為孤島狀分布 ,因此 ,顯著地提高了磚的高溫強(qiáng)度和抗渣性。 用鉻礦－鎂砂共磨壓坯煅燒后制作的細(xì)粉，與鎂砂粗顆粒配合制 磚的方法 ,是消除松散效應(yīng)的有效措施。用這種方法制成的鎂鉻磚，同普通鎂鉻磚相比，磚的氣孔率低，耐壓強(qiáng)度、荷重軟化溫度和抗折強(qiáng)度均較高。用鉻礦 菱鎂礦粉壓坯 ,經(jīng)高溫煅燒的合成鎂鉻砂制成的鎂鉻磚，抗渣性和高溫強(qiáng)度均比其他鎂鉻磚好。 6 此外，還有用電孤爐熔融鎂鉻料直接澆鑄而得的熔鑄鎂鉻磚，用電熔鎂鉻料按制磚工藝生產(chǎn)的熔粒再結(jié)合鎂鉻磚等。 鎂鉻磚主要用于冶金工業(yè)，如構(gòu)筑 平爐 爐頂、 電爐 爐頂、 爐外精煉 爐以及各種有色金屬冶煉爐。超高功率電爐爐壁的高溫部位采用熔鑄鎂鉻磚，爐外精煉爐高侵蝕區(qū)采用合成料制成的鎂鉻磚，有色金屬 閃速熔煉 爐高侵蝕區(qū)采用熔鑄鎂鉻磚、合成料制成的鎂鉻磚。此外，鎂鉻磚還用在水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶和玻璃窯的蓄熱室等部位。 結(jié)合相 鎂質(zhì)耐火材料的主晶相為方鎂石。結(jié)合相中則經(jīng)常以所謂的第二固相的耐火礦物為主。這時(shí)的耐火材料性能較好，若結(jié)合相是以低熔點(diǎn)得的礦物為主，則性能較差?？梢哉f主晶相決定了鎂質(zhì)耐火材料高耐火，抗堿性渣，鐵渣性；而結(jié)合相的性能及其分布往往成為制品的薄弱環(huán)節(jié)。因而決定制品的優(yōu)劣。 硅酸鹽 鎂質(zhì)制品存在硅酸鹽礦物為 C2S,C3S,C3MS2,M2S 等。以 C3S 為結(jié)合物的鎂質(zhì)制品的荷重變形較高，抗渣性能較好，但是燒結(jié)性不好；以 C2S 或M2S 為結(jié)合物有利于提高軟化溫度。 鎂的氧化物和鐵酸鹽 在鎂質(zhì)耐火材料中 FeO 溶解在方鎂石中以 (MgFe)O 形式存在。 FeO 則以 MF 或 C2F 的形式存在。 C2F 的熔點(diǎn)低，熔融物的粘度低，具有對(duì)方鎂石有較好的潤(rùn)濕能力，也能部分溶解在方鎂石中活化方鎂石晶格，因此以C2F 作為鎂質(zhì)耐火材料結(jié)合物，在低燒成溫度下可制得較堅(jiān)固的制品。 尖晶石結(jié)合物 從 MA 為結(jié)合物的鎂磚稱為鎂鋁磚，因此其熱震穩(wěn)定性好。故亦稱為熱震穩(wěn)定性鎂鋁磚。在平爐頂上有良好的使用效果。 7 發(fā)展前景 鎂質(zhì)耐火材料因其性能較好，原料較豐富，越來越多的被研究和應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展鎂質(zhì)耐火材料也會(huì)得到越來越高的推廣和應(yīng)用。 8 2 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)及資料參數(shù) 設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn) 35000 噸鎂質(zhì)耐火材料生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì) 規(guī)模及產(chǎn)品方案 1. 規(guī)模： /年； 2. 方案：鎂磚 2萬(wàn)噸（ MZ91牌號(hào) 1萬(wàn)噸， MZ89牌號(hào) 1萬(wàn)噸）； 鎂鋁磚 1萬(wàn)噸（牌號(hào) ML80A）； 鎂鉻磚 （牌號(hào) MGe12）； 3. 原料配比： 鎂 磚：制磚鎂砂 100%，顆粒：細(xì)粉 =80:20； 鎂鋁磚：制磚鎂砂：高鋁熟料 =90:10， 顆粒：共磨粉 =60:40 鎂鋁共磨粉中 鎂砂：高鋁 =30： 10； 鎂鉻磚：制磚鎂砂：鉻礦 =88:12 鎂砂粗顆粒：鉻礦顆粒：鎂砂筒磨粉 =50： 12:38 表 21 工作制度 工序 年工作天數(shù) 生產(chǎn)班制 每班工作時(shí)間 原料倉(cāng)庫(kù)，破粉碎 306 2 8 混合成型，成品庫(kù) 306 2 8 干燥，燒成 350 3