ZrO2复合镁钙质耐火材料的应用与前景

ZrO2复合镁钙材料

由于CaO易水化，使镁钙系耐火材料的生产、使用受到了限制，因此迫切需要开发具有优良性能和抗水化性的镁钙系复合耐火材料。近年来研究表明，添加ZrO2可以改善镁钙材料的抗水化性能，同时也促进了荷重软化温度和热震稳定性的提高，这对镁钙材料的广泛应用冇着非常重要的意义，ZrO2复合镁钙材料日益受到重视。

ZrO2复合碱性耐火材料在近来得到了迅速发展，已成为20世纪90年代以来耐火材料研究的中心课题之一。ZrO2复合MgO-CaO系耐火材料包括;ZrO2复合MgO质耐火材料，ZrO2复合CaO质耐火材料和ZrO2复合任意MgO/CaO比例的镁钙系耐火材料。

20世纪80年代，日本的耐火材料研究者发现，ZrO2作为添加剂能促进方镁石晶体的长大。例如，在海水镁砂中添加极少量的ZrO2能将原来约50μm的方镁石晶体成功地提高到100μm以上。这种添加了ZrO2的镁砂最显著的特征是方镁石呈镶嵌结合，其中的ZrO2主要同方镁石晶界区中的CaO反应生成CaZrO3，从而促进了方镁石晶体的长大。使用这种镁砂生产的镁碳砖能够适应吹氧转炉衬中使用条件最严苛的部位。

CaO-ZrO2复合耐火材料是为连铸开发的，用于连铸耐火材料的“三大件”(浸入式水口、长水口和整体塞棒)，属于“功能材料”。20世纪90年代初期，曰本为解决连铸浸入式水口的堵塞问题，开发了以CaZrO3为主要成分的ZrO2-CaZrO3砂，并与石墨复合生产了ZrO2-CaO-C质浸入式水口，在实际使用过程中取得了良好的效果，为防止Al2O3堵塞开辟了新途径，并为生产高洁净钢创造了较好的条件。

近年来，用镁铝砖代替镁铬砖，在水泥回转窑烧成带上应用，以解决六价铬对环境的污染。由于镁铝砖在实际使用中存在挂水泥窑皮性较差的缺点，而影响了使用寿命，因此开发了添加ZrO2的镁钙系耐火材料。试用结果表明，它们与超高温烧成的镁铬砖相比，其挂窑皮性相同，并且对水泥成分熔蚀的抵抗性还要强些。此外，该材料中存在CaZrO3相，因而其组织稳定性好，使其寿命大于或等于其他碱性砖，成为水泥回转窑烧成带的重要材料。

众多的研究成果和生产使用实践都表明，加入ZrO2的镁白云石制品不只是抗热震性和抗渣渗透性提高，抗水化性能也明显改善，因而其适用性和耐用性都比较好。但其使用中也存在着一些问题，例如，采用ZrO2复合MgO-CaO系原料制作的出钢口砖或者连铸用水口砖具有很好的高温强度和抗热震性能，但存在易于被熔渣侵蚀而发生反应的缺点。为此，可以采取用碳进一步复合的办法来改善其抗蚀性能。另外，其使用中的剥落严重影响了砖的寿命，这是今后研究中要注重改进的主要性能之一。除此之外，也有相关相图表明：镁钙锆材料抗含量不太高的碱性精炼渣或硅酸钙水泥熟料的侵蚀是好的，但抗Al2O3含量高的精炼渣特別提酸性渣或铝酸钙水泥熟料(包括高铝水泥)的侵蚀则是不太好的。

镁钙锆耐火材料属于高级氧化物复合耐火材料系列，是一种很有潜力的优质耐火材料，但其应用目前尚处于开发阶段，仍存在一些问题需要解决。相信随着对镁钙锆耐火材料研究的不断深入，性能的不断优化，其应用范围将会愈加广泛，具存很好的发展前景。