鎂鈣砂是指按給定的CaO/SiO2比值釆用合成工藝制得的鎂鈣質(zhì)耐火原料。亦稱高鈣鎂砂。用于制造鎂鈣磚。隨著煅燒溫度的提高，可使C4AF百分布在方鎂石晶粒之間逐漸集聚到方鎂石晶粒夾角空隙處，致使磚的高溫強(qiáng)度提高。鎂鈣砂雖然比普通鎂磚用砂的含鈣量高得多，但由于無游離CaO3，制磚工藝與普通鎂磚相同，仍然可用亞硫酸紙漿廢液作結(jié)合劑。鎂鈣砂根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，可分為燒結(jié)鎂鈣砂和電熔鎂鈣砂兩種，下文中，我們將總結(jié)兩種鎂鈣砂各自的合成工藝，從而了解兩種工藝的不同之處。
燒結(jié)鎂鈣砂
1、燒結(jié)鎂鈣砂的合成
以輕燒高純白云石和高純菱鎂礦為原料，并嚴(yán)格控制工藝條件，可以在中溫隧道窯或堅(jiān)窯中制得致密的、性能良好的合成鎂鈣砂。燒結(jié)鎂鈣砂的合成一般采用二步煅燒法工藝：輕燒壓坯死燒。輕燒的目的在于活化晶格。輕燒是指在原料燒結(jié)的溫度范圍內(nèi)，以較低的溫度焙燒，使原料完成一部分物理化學(xué)反應(yīng)，增加晶格缺陷，從而提高活性，促進(jìn)燒結(jié)。輕燒溫度對原料的活性影響很大，它直接關(guān)系到最終熟料的燒結(jié)溫度與體積密度。白云石和菱鎂礦的最佳輕燒溫度約為900℃。死燒是在更高溫度下進(jìn)行的一種燒結(jié)方法。鎂鈣砂一般在17001800℃下進(jìn)行煅燒。合成燒結(jié)鎂鈣砂的二步煅燒工藝見圖1。
圖1合成燒結(jié)鎂鈣砂的二步煅燒工藝圖
為了獲得致密度高，性能良好的燒結(jié)鎂鈣砂，各工藝參數(shù)須受到嚴(yán)格控制，分為以下幾個(gè)方面：
(1)原料純度的控制
主要是控制Al2O3、SiO2、Fe2O3的含量。鎂鈣砂中的CaO能與Al2O3和Fe2O3反應(yīng)生成Ca4Al2Fe2O10(Tm=1415℃)，該化學(xué)作用導(dǎo)致最低共熔點(diǎn)溫度在MgO-CaO的系統(tǒng)中下降。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是穩(wěn)定的液相，其抗腐蝕性會(huì)降低，即使該液相可以使MgO-CaO的燒結(jié)，也須使Al2O3和Fe2O3的成分在系統(tǒng)中受到控制。通常Al2O3的含量限制在0.5wt%以內(nèi)。SiO2會(huì)使低MgO/CaO比值的MgO-CaO-C的抗渣性能下降，而且產(chǎn)生Ca2SiO4和Ca3SiO5在消耗MgO-CaO-C中CaO的前提下，由于在高溫下的CaCaO的所占的成分與SiO2雜質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)一部分生成Ca2SiO4，另一部分生成Ca3SiO5。在冷卻期間，Ca2SiO4產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)化且夾雜著體積膨脹，導(dǎo)致其粉碎。因此，必須控制其所占的成分在1wt%之內(nèi)。
燒結(jié)鎂鈣砂
(2)消化處理
輕燒白云石需要提前加水充分消化，因?yàn)檠趸}非常容易水化產(chǎn)生氫氧化鈣和發(fā)生體積膨脹，而且輕燒白云石屬于多孔聚集體，難以燒結(jié)，導(dǎo)致成型坯體粉化。一般消化需要加水40wt%45wt%。消化在剛開始15min內(nèi)最為劇烈，到60min時(shí)已基本完成。這時(shí)，鎂鈣砂的燒結(jié)性能最好，再增加消化時(shí)間，對燒結(jié)性能的影響不大。
(3)原料的粒度
為了促進(jìn)鎂鈣砂的燒結(jié)，需要對原料進(jìn)行充分細(xì)磨。物料在機(jī)械力的作用下產(chǎn)生扭曲，晶體表面和內(nèi)部的結(jié)合鍵被破壞，晶格的增長進(jìn)一步增大了結(jié)構(gòu)缺陷，使物料的比表面積極大地增加。而燒結(jié)時(shí)，這些能量轉(zhuǎn)換為燒結(jié)的動(dòng)能，從而促進(jìn)了燒結(jié)。
(4)成型壓力
為了生產(chǎn)出合格的鎂鈣砂，半成品的體積密度必須為2.0g/cm3。由于鎂鈣砂是全由細(xì)粉制成的，壓力過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彈性后效而層裂。因此，成型壓力得控制適當(dāng)。
(5)燒結(jié)助劑
燒結(jié)劑能與MgO、CaO形成低熔物或連續(xù)固熔體，能活化晶格、增加晶格缺陷，促進(jìn)方鎂石晶體長大和物料的燒結(jié)，從而提高鎂鈣砂的體積密度及抗水化性能。常用的燒結(jié)劑主要有TiO2、Fe2O3、V2O5、CeO、ZrO2等。為了不影響高溫使用性能，燒結(jié)劑的加入量應(yīng)根據(jù)原料中的雜質(zhì)含量確定，其量一般為：0.5wt%~1.0wt%。
(6)浸鹽處理
為了使MgO-CaO-C磚具有更好的抗水化性能，在不影響使用的條件下，對合成鎂鈣砂成品進(jìn)行縮聚磷酸鹽復(fù)合溶液處理。縮聚磷酸根和與鎂鈣熟料表面的發(fā)生反應(yīng)，生成了磷酸氫鈣和磷酸二氫鈣等不溶性磷酸鹽覆蓋層，提高了鎂鈣熟料的抗水化性能。
2、電熔鎂鈣砂的合成
電熔鎂鈣砂是以天然菱鎂礦和白云石礦為原料，按照一定的比例混配，在2750℃以上的高溫熔融而成的。電熔鎂鈣砂由于熔煉充分，晶格完整，活性較小。其顯微結(jié)構(gòu)特征為：在砂表面呈熔融狀態(tài)的主晶相方鎂石(MgO晶粒：0.020.20mm)與呈彎曲薄膜的方鈣石彼此相互包裹，且分布均勻、結(jié)構(gòu)致密。MgO、CaO呈均勻分布的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使之具有較高的耐侵蝕性和抗水化性。電熔鎂鈣砂的強(qiáng)度、抗渣侵蝕性能皆優(yōu)于燒結(jié)鎂鈣砂。
電熔鎂鈣砂
(1)強(qiáng)度對比：
鎂鈣砂的強(qiáng)度取決于體積密度和燒成溫度。體積密度越高，則粉化率就越低；燒成溫度越高，則體積密度就越大，強(qiáng)度也就越高。電熔鎂鈣砂是經(jīng)2750℃以上的高溫熔融而成的。在熔融狀態(tài)下，原料之間充分接觸反應(yīng)，其堆積密度幾乎達(dá)到最大。而且，其熔融溫度更遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二步鍛燒的重?zé)郎囟?1700℃1800℃)，其晶粒較大，發(fā)育更完整。可見，電熔鎂鈣砂的強(qiáng)度要高于燒結(jié)鎂鈣砂。
(2)抗渣侵蝕性能對比：
由于電熔鎂鈣砂的次晶相方鈣石和主晶相方鎂石具有高強(qiáng)度的結(jié)合，且燒結(jié)鎂鈣砂與其具有相同的抗渣侵蝕機(jī)理，導(dǎo)致填充在主晶相夾角處的為電熔鎂鈣砂與鋼渣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的低熔物，不易生成大面積液相。故燒結(jié)鎂鈣砂的抗渣性不如電熔鎂鈣砂的好。
