镁质耐火捣打料应用理论基础

镁质捣打料

不定形耐火材料是一种不经烧成即可直接使用的耐火材料，具有快速施工、简化工艺、节能、整体性好、易于更换等优点，在冶金领域应用广泛。其中，捣打料是一种用捣打(人工或机械)方式施工，由比例很高的粒状料和比例很低的结合剂及其它组分配制而成、并在高于常温的加热作用下硬化的不定形耐火材料。在电炉炉顶和富氧侧吹炉烟气出口铜水套使用镁质捣打料，不仅满足了工艺需求，同时降低了生产成本。

1、镁质捣打料使用前的干燥和养护

不定形耐火材料在使用前的干燥过程中，表面水分首先受热蒸发，热量由表面向内部传导，使相邻部位的温度逐渐升高。由于表面水分蒸发，耐火材料内部的水分(蒸汽)逐渐向表面扩散补充。若供热量过大、升温过快，则单位时间内产生的蒸汽量过多，由于不定形耐火材料透气性较差，内部水分(蒸汽)向外扩散受阻。同时，由于水分汽化，体积急剧增大，耐火材料内部将产生很大张力，如果该张力超过耐火材料的抗压强度，就会导致耐火材料胀裂;两者相差悬殊时则会剥落或炸裂。所以，常规的升温干燥要求较高，而且不能保证耐火材料的使用性能。使用的镁质捣打料在常温下自然干燥即可，避免了高温对耐火材料的损伤，有效保证了耐火材料的使用性能。

2、镁质捣打料高温使用原理

使用的镁质捣打料由镁砂(骨料)和镁粉(粉料)按一定比例、通过一定密度的某种结合剂调制而成，主要成分为MgO，其热性能如下：熔点2825℃，热导率45W/(m·K)，热膨胀系数14×10-6·℃，1500K时热容量53.6J/mol，抗热震性很好。

在高温使用条件下，MgO抗高温性能良好。同时，该镁质捣打料中含有少量CaO和Fe2O3。在生产条件下，捣打料中的CaO和Fe2O3反应生成铁酸二钙(C2F)，反应式为：

2CaO+Fe2O3=2CaO-Fe2O3 (1)

(1)铁酸二钙的熔点为1449℃，但在有铁液(高价铁在高温下分解产生)存在的条件下，出现液相的温度大约只有1100℃。而镁质捣打料中通常含有少量的SiO2和Al2O3，出现液相的温度比1100℃还要低一些。在生产条件下(如电炉作业)，捣打料从1100℃开始局部出现液相，材料开始烧结，随着炉温的升高，液量逐渐增加，材料工作面不断烧结固化，形成致密的烧结层。

(2)液相中的C2F，在高温条件下，经过相变形成高熔点新相，提高了材料高温下的稳定性。

(3)镁质捣打料中的主要成分MgO，在高温加热的条件下转变为稳定的立方晶体(方镁石)，从CaO-FeO-MgO相图可知，C2F分解后形成的FeO液与大量方镁石接触时，FeO会逐渐被方镁石吸收形成固溶体[(Mg·Fe)O镁富氏体]，随着均匀化的进行，熔点逐渐升高。而CaO则与材料内SiO2或熔渣中的SiO2反应，生成熔点比较高的C2S、C3S等硅酸盐相，提高了材料在高温下的稳定性和耐侵蚀、抗冲刷能力。