碱性耐火材料是指以氧化镁、氧化镁与氧化钙或氧化钙为主要化学成分的耐火材料。通常这类材料具有耐火度高、抗碱性渣能力强的特点。常用的碱性耐火材料主要品种有镁质、白云石质等。
简述
碱性耐火材料是指以
氧化镁（MgO）、
氧化钙（CaO）或氧化镁和氧化钙为主要成分的耐火材料。主要用于碱性炼钢炉、有色金属冶炼炉、玻璃和水泥工业用窑炉及其他热工设备。
碱性耐火材料的品种很多，按化学矿物组成可分为镁质、镁尖晶石质、白云石质、橄榄石质、石灰石质等。若按其他方法分类，可分为烧成碱性耐火制品和不烧碱性耐火制品及烧成油浸碱性制品等。不烧碱性制品是指焦油结合制品，品种有沥青结合镁砖、白云石砖和
镁白云石砖等、烧成油浸碱性制品是指烧成制品经过沥青浸渍，品种有油浸镁白云石砖、镁砖、白云石砖和石灰砖等。
碱性耐火材料的耐火度高，抗碱性渣和铁渣能力强，
热膨胀率较大，热震稳定性一般较差，抗水化性较差，在常温下蒸气压较低，在高温减压工作时，耐火材料因挥发而损耗，挥发速度与耐火材料的蒸气压成正比，气相的相对分子质量越大，挥发量越大。碱性耐火材料在常温下是电的不良导体，随温度的提高，电阻率减小，导电性增强。
发展历史
碱性耐火材料在整个19世纪用得不多，最早使用镁砖的历史可追溯到1868年。随着奥地利Veitsch矿的发现和开采，1880年后镁砖的应用迅速增加。1900年左右，镁砖已用于转炉、平炉、混铁炉和水泥窑，它们解决了冶金的迫切问题，其应用继续增长至1930年。1930年初期，镁铬制品在北美、法国和英国差不多同时首次出现于商业市场，最早的专利出现于1915年的英国，这一专利因受
第一次世界大战的影响没有及时投入生产。
不烧碱性砖的应用始于美国，1920年在平炉使用，到1935年烧成与化学结合的镁铬耐火材料的生产已稳固得到建立，并以铬镁砖为主，这种砖之所以得到推广使用，是因为它们的性能比单纯的镁砖或铬砖优越。这种砖在高温下体积比较稳定，热稳定性较好，它们的化学性质是碱性，因而能抵抗碱性平炉渣的侵蚀，并可与平炉顶的硅砖直接接触。此外，它们的高温强度也优于镁砖或铬砖。
1933年左右，法国、澳大利亚两国首先试用碱性炉顶，获得相当成功的经验，英国在1934年采用了这种碱性炉顶设计，1939年有六个钢厂进行了全碱性平炉试验。前苏联亦在1935年进行了这方面的实验，北美于1941年将碱性砖试用于炉顶，到1944年才进行整座碱性炉顶试验。在整个以上阶段的实际应用过程中，逐步发现了这种材料普遍存在爆胀崩裂以及溶剂迁移和烧成膨胀等缺陷。由此化学结合制品得到了充分的重视，出现了各种不同结合剂的化学结合砖专利，结合剂有硫酸盐、硅酸钠、亚硫酸纸浆废液并配合加入少量黏土。同烧成制品一样，化学结合镁铬制品也发现剥落损坏，温度急剧变化是引起这种损坏的主要原因之一。由于存在以上不足，直到20世纪50年代末60年代初开始出现直接结合砖这一概念。在美国，这些新的概念迅速演化成为商品，直接结合的碱性砖在1961年末就已出现于市场。这些砖马上就取得了成功，并几乎在炉子结构中承受应力和炉渣侵蚀严重之处完全取代化学结合砖。
1952年熔铸碱性耐火材料开始得到应用。电弧炉法是熔化耐火氧化物最经济的方法。与化学结合或烧成的耐火材料相比，用熔铸方法制得的耐火材料是最出色的。
镁钙系耐火材料具有熔点高、储量大、抗碱性渣侵蚀能力强等特点，因此早在18世纪就已应用在冶金行业中。1872年英国试验使用了
石灰耐火材料，因CaO易水化而失败。从1878年开始，天然白云石作为一种耐火材料用于酸式转炉的内衬，其目的是从铁水中除去磷。
第二次世界大战后，白云石耐火材料开始正式生产，但世界产量极少。
20世纪50年代后出现氧气顶吹转炉炼钢法，稳定性白云石耐火材料用于转炉炉衬曾起过积极作用，但产量未有大幅提高，且制品常发生水化和粉化。
进入20世纪60年代后，
碱性转炉炼钢法在全世界范围迅速取代主要的
平炉炼钢法，作为炼钢用的镁钙系耐火材料变得十分重要，许多研究者又继续对镁钙系耐火材料进行了研究，并产生了一些积极的成果。
从20世纪80年代开始，日本开发了CaO砖，用于炼钢中，随后研究逐渐增多。随着钢铁冶炼技术的不断进步，钢材质量不断提高，洁净钢、优质钢需求增多。这一阶段各国已普遍采用了连铸炼钢技术，特别是炉外精炼技术，对耐火材料质量要求越来越高，除要求耐火材料能承受各种苛刻的使用条件外，还不能污染钢水，因而镁钙系耐火材料显示出了其他耐火材料无法比拟的优良特性，得到了进一步广泛开发。
高纯烧结尖晶石的生产始于1980年前后，它使
尖晶石耐火材料的价格比用电熔尖晶石时更低；由于原料较纯，使尖晶石耐火材料的性能也得到提高。不但用于
水泥回转窑，在玻璃窑蓄热室、平炉顶及钢包内衬都取得了良好的使用效果，镁铝尖晶石的消耗量不断增加。
我国在20世纪80年代后期也对
合成尖晶石进行了大量的研究与试生产，特别是针对我国具有丰富的高质量菱镁矿和铝矾土资源的特点，开发了铝矾土基尖晶石，用于钢包衬砖和浇注料取得了一定的效果。
主要品种
碱性耐火材料主要品种有以下几种。
1．镁砖
镁砖（Magnesia Brick）是指MgO含量在80%以上，以烧结镁砂为主要原料制备的碱性耐火制品。镁砖分为烧成镁砖和不烧镁砖；根据结合相不同，又可以分为硅酸盐结合、直接结合和再结合镁砖。烧成镁砖一般在隧道窑中烧成。由于镁砖能经受高温热负荷、流体的流动冲击和钢液与强碱性熔渣的化学侵蚀。因此，凡遭受上述作用的冶炼炉的内衬，如转炉、电炉、化铁炉、有色金属冶炼炉、均热炉和加热炉的炉床，以及水泥窑和玻璃窑蓄热室等设备都可使用此种耐火制品。但因其耐热震性较差。故不宜使用于温度急剧变化之处。另外，由于其热膨胀性较大和
荷重软化温度较低，故用于高温窑炉炉顶时必须用吊挂方式。
镁铬质耐火材料（Magnesia Chrome Refractory）是由
镁砂与
铬铁矿制成且以镁砂为主要成分的耐火材料，其主要物相为
方镁石和
尖晶石。按照化学组成分为
铬砖（ ≥25%， <25%）、
铬镁砖（25%≤ <55%）和
镁铬砖（55%≤ <80%）。按结合方式分为普通镁铬砖、
直接结合镁铬砖、再结合镁铬砖、半再结合镁铬砖、熔铸镁铬砖等。镁铬质耐火制品的耐火度高，高温强度大，抗热震性优良，抗碱性渣侵蚀性强，对酸性渣也有一定的适应性，且具有良好的挂窑皮性，因此，主要用于钢铁冶金中的炉外精炼炉、有色金属冶炼炉、水泥回转窑过渡带和烧成带、石灰窑以及玻璃窑的蓄热室等部位。
镁铬砖在碱性条件下使用容易产生六价铬。这在
水泥回转窑中更加显著，由于六价铬对环境及人体有危害，自20世纪80年代后期以来，镁
铬质耐火材料的生产和使用出现下降趋势，无铬化成为发展趋势。
方镁石-尖晶石耐火材料（Magnesia Spinel Refractory）是指以方镁石与尖晶石为主晶相的耐火材料，通常方镁石的含量较高。镁铝尖晶石是 二元系统中唯一的中间化合物，化学式为 ，理论含量为MgO 28.3%、 71.7%。实践表明， 含量为5%～12%的方镁石-尖晶石制品耐高温，抗侵蚀性强，抗热震性好，可用作炼钢用中间包挡渣墙、
钢包滑板等。 含量为10%～20%的方镁石-尖晶石制品抗热震性优良，适于水泥窑和石灰窑过渡带、烧成带等； 含量为15%～25%的方镁石-尖晶石制品抗 和碱性硫酸盐侵蚀的能力优越，可作为玻璃窑蓄热室格子砖等。
方镁石-尖品石耐火材料被认为是镁铬制品的重要替代材料之一。但方镁石-尖晶石制品的热导率比镁铬制品高，制品中的尖晶石组分在过热条件下易与
水泥熟料中的 或 反应生成低熔点的 导致窑皮烧流，造成制品蚀损和挂窑皮性差。在使用低品位煤和替代燃料的回转窑系统中其使用寿命会缩短。
方镁石-铁铝尖晶石材料（Magnesia Hercynite Refractory）中，铁离子以二价的形式存在于铁铝尖晶石（ ）构造内，可增强材料的韧性和弹性．而且与水泥熟料接触后，铁铝尖晶石与水泥反应形成铁酸钙及
铁铝酸四钙，这些新相非常有助于在耐火砖工作面形成稳定窑皮。因此，方镁石-铁铝尖晶石制品自出现以来已经获得较好的使用效果，成为一种性能优良而应用前景广阔的无铬碱性耐火材料，但在氧化还原变化频繁的条件下寿命会缩短。
白云石质耐火材料（Doloma Refractory）是指以白云石熟料为主要成分的碱性耐火材料。白云石熟料是以天然镁和钙的碳酸盐或
氢氧化物经煅烧后形成的致密均匀的氧化钙与氧化镁的混合物。白云石质耐火材料是现代钢铁工业中，特别是不锈钢冶炼用的重要耐火材料；由于具有良好的挂窑皮性能，在水泥窑烧成带也有应用，但抗水化能力差是其弱点。