高純度包頭鎂磚是高溫爐爐襯的結(jié)構(gòu)材料，其使用溫度可達(dá)到2200℃。但是，在這種條件下(例如炭黑反應(yīng)器中的超高溫環(huán)境中)應(yīng)用時(shí)，高純鎂磚的鑄砂純度和性能卻需要進(jìn)行仔細(xì)平衡。

我們知道，耐火材料(包括鎂質(zhì)耐火材料)不只是要耐高溫和耐腐蝕/侵蝕，在使用時(shí)還必須盡可能不產(chǎn)生變化。一般認(rèn)為包頭鎂砂純度以及物理性能上的氣孔率和方鎂石晶粒尺寸等都是提高高純鎂磚使用壽命的關(guān)鍵參數(shù)。

純度

鎂砂中MgO含量是鎂砂質(zhì)量的重要指標(biāo)。但只用MgO含量作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是不夠的，雜質(zhì)的相對(duì)含量，特別是那些在高溫條件下容易形成熔體的成分的含量也很重要。在雜質(zhì)成分中，首先是B2O3和SiO2,其次是Al2O3、Fe2O3、MnO以及CaO，它們的影響不僅取決于其含量，特別是要根據(jù)CaO/SiO2比來(lái)評(píng)價(jià)各成分對(duì)鎂砂質(zhì)量的影響，通常希望鎂砂中具有高CaO/SiO2比，以便獲得更佳的高溫性能。

在超高溫環(huán)境中使用的鎂質(zhì)耐火材料則需要高純度：因?yàn)楦呒兌鹊逆V質(zhì)耐火材料具有高的高溫強(qiáng)度，試驗(yàn)證明，鎂質(zhì)耐火材料的高溫抗折強(qiáng)度隨MgO含量由90%~98%有緩慢下降的趨勢(shì)，但MgO含量超過(guò)98%時(shí)則突然增加了，其中MgO含量增加到99%以上時(shí)能顯著地提高其高溫強(qiáng)度在這種情況下，雜質(zhì)種類(lèi)的影響已經(jīng)變得無(wú)足輕重了因?yàn)樵谶@種情況下，雜質(zhì)孤立存在于方鎂石晶粒交接處(角隅)，所以MgO-MgO直接結(jié)合組織發(fā)達(dá)，高溫強(qiáng)度大，材料的耐磨性高，抗腐蝕/侵蝕性強(qiáng)。

致密度(氣孔率)

耐火材料的相對(duì)密度μ與氣孔率ε存在下述關(guān)系：

ε=1-μ

這表明低氣孔率的材料具有高密度，所以氣孔率逛材料致密度的一種尺度。它們對(duì)材料的蝕損有影響。評(píng)價(jià)氣孔率的標(biāo)準(zhǔn)為：

(1) 氣孔的體積(致密度，即總氣孔率ε);

(2) 氣孔的種類(lèi)(封閉氣孔比開(kāi)口氣孔有利;

(3) 氣孔尺寸和形狀(比表面積)。

方鎂石晶粒大小

方鎂石晶粒的侵蝕是外來(lái)成分(物質(zhì))在界面開(kāi)始的。因此，方接石晶粒增大，相應(yīng)降低了比表面積。可見(jiàn)，增加方鎂石晶粒尺寸降低了鎂質(zhì)耐火材料被侵蝕的趨勢(shì)，表明粗晶燒結(jié)鎂砂具有高抗侵蝕的優(yōu)點(diǎn)。

電熔是生產(chǎn)大晶粒鎂砂的根本方法。包頭電熔包頭鎂砂同燒結(jié)鎂砂相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)致密化程度好(除去外殼材料的熔觸鎂砂幾乎沒(méi)有開(kāi)口氣孔);

(2)方鎂石晶粒較大(尤其是塊料冷卻適當(dāng)時(shí))。

對(duì)于燒結(jié)鎂砂而言，可以采取下述技術(shù)措施來(lái)增加方鎂石晶粒尺寸;

(1)早期的技術(shù)措施有

1)添加Cr2O3，通過(guò)增大方鎂石晶格的遷移率以增大晶粒尺寸和促進(jìn)致密化;

2)以TiO2:和Fe2O3通過(guò)過(guò)渡液相培育大晶粒;

3)在豎窯中更高溫度下加入氧化物煅燒，達(dá)到大的晶粒。

實(shí)際生產(chǎn)中，為了促進(jìn)方鎂石晶粒長(zhǎng)大，常使用少量(小于0.5%)Cr2O3、Fe2O3尤其是ZrO3以及鈦、釩、錳、鋁、銅的氧化物和鹽。稀土元素促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大，但機(jī)理是不同的。

(2)以天然微晶菱鎂石為原料在豎窯中以非常高的溫度燒結(jié)可獲得方鎂石晶粒尺寸從50μm到大200μm的優(yōu)質(zhì)燒結(jié)鎂砂。

通過(guò)以上分析可以認(rèn)為，選擇純度98.5%-99%MgO、體積密度大于3.35g/cm3、方鎂石晶粒尺寸為50μm到200μm的優(yōu)質(zhì)鎂砂生產(chǎn)的特種高純度鎂質(zhì)耐火制品可與炭黑反成器中超高溫(2100℃)區(qū)域的操作條件相適應(yīng)，而高溫(1725-1925℃)區(qū)域則選用97.5%~98%MgO的鎂質(zhì)耐火制品筑襯，進(jìn)行分區(qū)砌筑便于獲得較佳的經(jīng)濟(jì)/技術(shù)效果。在炭黑反應(yīng)器連續(xù)操作的條件下證明其使用壽命是充分的。然而，當(dāng)爐子操作條件難以保證連續(xù)操作時(shí)，由于剝落所引起的爐襯不連續(xù)損毀卻是導(dǎo)致其使用壽命并并不十分理想的重要原因。