鎂質耐火材料是以氧化鎂（MgO）為主要成分，以方鎂石為主晶相的一類堿性耐火材料。它是現代高溫工業，特別是鋼鐵、水泥、有色冶金和玻璃工業中不可或缺的關鍵材料。其卓越的抗堿性渣侵蝕能力和高耐火度，使其在嚴苛的高溫環境下扮演著守護者的角色。

一、核心組成

鎂質耐火材料的性能基礎源于其化學與礦物組成。

1. 主要成分：氧化鎂（MgO）
通常，鎂質耐火材料中MgO含量需高于80%，高純產品可達95%以上。原料主要來自天然菱鎂礦（MgCO?）經高溫煅燒得到的燒結鎂砂，或從海水、鹵水中提取化學純氧化鎂再經高溫燒結得到的電熔鎂砂。電熔鎂砂純度更高，晶體粗大，性能更優。

2. 結合相與添加劑
單純的氧化鎂顆粒需要結合劑才能形成致密的制品。常見的結合系統包括：

• 硅酸鹽結合：如鎂橄欖石（2MgO·SiO?），由MgO與加入的SiO?在高溫下形成。

• 直接結合：通過高純原料和超高燒成溫度，使方鎂石晶粒之間直接接觸，形成牢固的陶瓷結合，大幅提高高溫強度和抗侵蝕性。

• 碳結合：添加石墨或碳素，利用碳的優異抗熱震性和不潤濕性，形成鎂碳質耐火材料，廣泛應用于煉鋼轉爐、電爐。

• 其他添加劑：為改善特定性能，會添加如鋁、鋯、尖晶石等成分，形成鎂鋁、鎂鋯、鎂尖晶石質復合材料。

二、主要特點

鎂質耐火材料的特性與其組成緊密相關，優缺點分明。

優點：
1. 高耐火度：氧化鎂的熔點高達2800℃，因此這類材料耐火度一般超過2000℃，能承受極高的工作溫度。
2. 優異的抗堿性渣侵蝕能力：其堿性本質使其對煉鋼過程中產生的鈣、鐵基堿性爐渣有極強的抵抗能力，這是其在鋼鐵工業中無可替代的主要原因。
3. 較高的高溫強度：尤其在直接結合結構中，方鎂石晶粒間的直接結合能提供良好的高溫結構強度。
4. 良好的化學穩定性：在還原氣氛和真空中仍能保持穩定。

缺點：
1. 抗熱震性較差：氧化鎂的熱膨脹系數較高，導致材料在溫度急劇變化時易產生裂紋和剝落。這是普通鎂磚的主要弱點。
2. 抗酸性渣侵蝕能力弱：因其堿性，容易被SiO?等酸性組分侵蝕。
3. 易水化：煅燒不足的氧化鎂或制品在存放時，會與空氣中的水蒸氣反應生成氫氧化鎂[Mg(OH)?]，體積膨脹，導致制品粉化開裂。因此需嚴格防潮。

三、應用與演進

為克服自身缺點，鎂質耐火材料不斷向復合化、高性能化發展。

• 傳統鎂磚：用于平爐、水泥回轉窯等。
• 鎂碳磚：通過添加石墨，顯著改善了抗熱震性和抗渣性，已成為現代煉鋼轉爐、電爐、鋼包渣線的主流材料。
• 鎂鋁尖晶石磚：引入Al?O?形成鎂鋁尖晶石結合相，在抗熱震性和抗渣滲透性之間取得更好平衡，常用于水泥窯和鋼包。
• 鎂鈣磚：含有游離CaO，具有凈化鋼液的功能，用于不銹鋼精煉爐等。

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總而言之，鎂質耐火材料以其卓越的耐高溫和抗堿侵蝕的核心性能，構成了高溫工業窯爐內襯的脊梁。通過對組成和顯微結構的精細設計與調控，衍生出的各類復合材料，不斷克服其固有缺陷，適應著日益苛刻的工業條件，持續推動著冶金、建材等基礎工業的技術進步與發展。