MgO-CaO系耐火材料的优点及存在问题

       在我国，MgO-CaO系耐火材料的资源是非常丰富的。在全世界范围内，我国是最重要的镁砂的生产基地了，镁砂也是我国的耐火材料的三大主要原料之一。

　　镁钙砖

　　我国也有着很广泛的白云石分布。而且由石灰石煅烧得到价格较为便宜的CaO。CaO和MgO是清洁型的耐火材料，不污染钢水，还能够脱除掉钢水中的多余的杂质。从热力学上看，CaO和MgO也是较为稳定的氧化物。根据氧化物的标准生成自由能和温度的函数关系能够得出，在炼钢温度达到1600℃时，CaO拥有很高的热力学稳定性，并且是最稳定的氧化物，比其较次的是MgO。CaO和MgO的△G。绝对值在1088kJ以上，都是能够耐高温的稳定的氧化物，不与各种熔融金属发生反应。在1600℃的时候，CaO和MgO作为碱性的氧化物具有很低的氧分压，当和钢水接触的时候，能够拥有较低的氧势，所以不会向钢水中增加氧含量。

　　酸性的耐火材料所含氧分压很高，这样会使钢水再度氧化，所以能够导致钢水中含氧量增大。相关研究显示，只有使用碱性的耐火材料时，才能够使钢水中的氧含量极低。当钢水中含有较高的氧时，这样不利于对钢中的硫、磷等杂质脱除。但是使用碱性的MgO-CaO系的耐火材料就可以得到很好的脱磷、脱硫效果，就能够降低钢中磷、硫的含量。

　　CaO可以和钢液中硫、磷进行反应，最后生成硫化钙、磷酸钙而进入渣中。

　　相关的化学反应方程式如下：

　　CaO和MgO也含有非常强的抗碱性渣侵蚀的能力。MgO可以吸收铁氧化物(Fe2O3，FeO)，之后能够形成高温的固溶体(Mg，Fe)O，CaO并且很容易与同渣中的SiO2发生化学反应，能够生成高熔点、高粘度的硅酸二钙，并且能够粘附在耐材的表面上，能够抑制进一步渗透钢渣。CaO和MgO中的各种组分性能能够决定了镁钙材料在使用性能上有以下特点：

　　1、镁钙砖中的主要成分为CaO(熔点2623℃)、MgO(熔点2825℃)，它们都是高熔点的氧化物，并且可满足冶炼的要求，而MgO与CaO相比，高温的蒸汽压更高，其热力学性质不稳定。因为MgO-CaO系的耐火材料的热力学是很稳定的，所以能够适合用于具有高温真空的工作环境。

　　2、CaO具有良好的蠕变特性，镁钙砖弹性率很低，高温韧性非常好，所以耐热冲击性、耐剥落性都能够优于镁铬砖。

　　3、在镁钙砖中的fCaO对高碱性的渣有着较强的耐侵蚀性，而且在精炼初期炉渣碱度比较低的时候，fCaO也可以提高炉衬砖表面炉渣的碱度，并能够减轻炉渣化学侵蚀。

　　4、净化的钢液，由于在MgO-CaO砖中含有fCaO，所以它含有较强的化学活性，容易和钢水中的磷、硫等杂质发生化学反应，之后都能够转移到炉渣中，所以，钢液的脱磷、脱硫以MgO-CaO作为耐火材料的内衬是最好的，也就是说明MgO-CaO系的耐火材料在冶炼特殊钢、纯净钢的情况下是最好的耐火材料[29-37]。在对钢中夹杂物的图像分析之后显示表明，在钢包包壁非渣线部位MgO-CaO-C能够减少钢中的含氧量和夹杂物的数量、改变夹杂粒度的分布、降低夹杂的粒径，这些都对钢水质量的提高很有益处。

　　易水化一直都是在推广应用使用镁钙系的耐火材料遇到阻碍的核心问题。假如不把易水化的问题解决好，也就不能很好的推广镁钙系的耐火材料。这里所谓的水化不只是指生产中的水化，这也包含储存、运输与使用中所包括的水化。在现有的工艺下，使得镁钙系的耐火材料完全的不水化是非常难的。到目前为止，经过国内外的许多研究者的努力研究，使得镁钙系的耐火材料在抗水化方面取得了很大的进展，但是这一问题也没能够得到彻底的解决，抗水化始终都是一个重大的课题。对于镁钙的系耐火材料来说，在结构上MgO和CaO都是属于面心立方结构的。Mgo、CaO的品格常数分别是4.2A和4.8A，它们的配位数都是6，四个分子包含在一个品胞之中。与Mg2+的半径相比较，Ca2+半径较大，而Mg2+能够很完整的被02-所包围，但是Ca2+却被02-所推出。

　　MgO、CaO和H2O(g)发生反应时的吉布斯自由能：

　　从上面两个式子相比较来看，能够影响镁钙系耐火材料水化的主要因素是CaO。

　　根据H20和CaO的化学反应生成了Ca(OH)2的反应过程形成了CaO的水化，体积的变化及其晶型的转变随着这个反应过程在进行中。Ca(OH)2是六方晶系的结构，而CaO是面心立方的结构；其反应生成Ca(OH)2之后还要发生96.5%的体积膨胀，同时还会放出大量的热，使得物料的温度快速上升，这样就又能够加快水化反应进行。