某钢厂冶金炉烟道由双向改为单向，排烟系统(本文指上升道墙、托墙拱、过渡带、竖烟道顶等部位)内烟气温度提高300～500℃，严重影响后部系统的工作。采用喷水雾的办法来降低烟气温度造成排烟系统砖衬严重水化，而且在冶炼期和出钢期，温度波动很大，造成砖衬严重断裂脱落，甚至发生旋顶塌陷，墙面倒塌事故。为此对烟道所用衬砖进行了研制和实际使用。具体情况介绍如下。

2 试用分析

普通镁铝砖和研制用的镁铬砖的试验配方性能列于表1。使用1～2个炉役后残砖情况示于图1。

表1 试验配方的性能

注:A、B、C为研制镁铬砖，D为普通镁铝砖。

图1 使用1～2个炉役的用后残砖情况

以A配方为基础采用特殊工艺生产的镁铬砖的主要性能典型值及其与普通镁铝砖的对比列于表2。可以看出，采用特殊工艺生产的镁铬砖耐高温荷重软化性能明显提高，并且防水化抗热震能力提高3倍以上。

表2 排烟系统用砖衬主要性能比较

从图1可以看出，普通镁铝砖在使用1～2个炉役之后残厚很小，已不能继续使用;而镁铬砖在使用2个炉役之后仅在条件最苛刻的部位，即托墙拱正中间1 m宽范围内最下层的旋砖工作面上缺损0～40 mm(图2)，即使经过4～5个炉役的使用残砖仍然相当完整(图3)。可见镁铬砖使用寿命仍有很大的提高潜力。

图2 2个炉役后拆下托墙拱正中间1 m后的情况

图3 经过4～5个炉役后的残砖情况

很显然，采用防水化抗热震镁铬砖即使按照“小修不用套补，中修套补，即3个中修(5个炉役)砌1套，补两次”的标准计算，亦可把原来此部位修炉维修率由60%降到30%(4#、9#炉)，砖耗降低50%，修炉维修率由85.2%降到33.3%(6#、7#炉)，砖耗降低60.9%，平均砖耗降低55.5%。仅托墙拱和过渡带部位每年即可节约数百万元。推广到整个排烟系统，效益更为可观。现在，该防水化抗热震镁铬砖已在推广使用中。

3 防水化抗热震镁铬砖的显微结构

原用普通镁铝砖和普通烧镁砖以粉化剥落为主要损毁方式，以提高制品耐高温、防水化和抗热震等性能为重点研制出镁铬砖，该镁铬砖是以优质镁砂和精选铬矿为基料，经破碎筛分、充分混炼、高压成型和超高温烧成制成。其主要性能与原来普通镁铝砖的对比列于表1和表2，可见3个研制砖性能均明显好于普通镁铝砖，并以A最优。

采用日本0LYMPUS产AHMT3-513NU型万能专业研究用显微镜和BHS-753P型高级偏光显微镜对排烟系统用普通镁铝砖、普通烧镁砖和耐高温防水化抗热震镁铬砖的显微结构进行观察研究。

(1)普通镁铝砖:该砖中颗粒为普通镁砂[图4(a)的左下部和右下角]，方镁石主晶相晶体较小，且有相当一部分呈鱼子状，次晶相为以钙镁橄榄石为主的硅酸盐相;比较厚的并且连续的硅酸盐相膜包围方镁石相是普通镁砂显微结构的主要特点。普通镁铝砖基质[图4(b)]中除了方镁石相和硅酸盐相外，主晶相为镁铝尖晶石;该类型普通镁铝砖中的镁铝尖晶石往往集中为巢状，尖晶石单晶体往往被硅酸盐相所包围，尖晶石-方镁石之间形成直接结合的情况不多。但是颗粒和基质间的结合比较致密[图4(a)]。

图4 普通镁铝砖显微结构

普通烧镁砖:其矿物相组成与普通镁铝砖的颗粒部分完全一致，正交偏光下的情况见图5，可以看出，普通烧镁砖显微结构简单，结构紧密。

图5 普通烧镁砖显微结构(正交偏光×600)

防水化抗热震镁铬砖:该砖组成矿物较多、显微结构更为丰富。优质镁砂颗粒[图6(a)上下左右]中硅酸盐相少，方镁石相间直接结合率高，与基质结合致密;精选铬矿颗粒[图6(a)中心偏左和下部中间]内主晶相为Fe Cr O4，次晶相为含镁硅酸盐相，与基质之间往往以微裂纹相隔，微裂纹的宽度和延伸长度依颗粒尺寸大小而异，颗粒尺寸越大微裂纹越宽越长，反之越小。该砖基质中纯度本来较高，硅酸盐相含量少，铬矿中部分Fe O、Cr2O3又扩散进入方镁石晶体内部促进了方镁石晶体长大，还有部分铬矿与镁砂反应生成镁铬尖晶石存在于方镁石之间，进一步提高了固相间(方镁石-方镁石、方镁石-尖晶石、尖晶石-尖晶石)的直接结合，见图6(b)。

图6 镁铬砖显微结构

通过以上显微结构对比，可知镁铬砖比普通镁铝砖和普通烧镁砖的耐高温防水化抗热震性能改善，机理如下:

(1)以优质镁砂和精选铬矿为基料，高压成型超高温烧成，使镁铬砖在高温下固相间的直接结合仍保持较高具有足够的高温强度、优良的体积稳定性和抗高温蠕变性能，保持不变形不塌陷。

(2)由于方镁石、镁铝尖晶石和镁铬尖晶石的抗水化性能依次增高;而镁铬砖中精选铬矿本身亦是一种尖晶石，它与镁砂反应又生成镁铬尖晶石，因此制品防水化性能提高。

(3)一定数量和粒级铬矿颗粒的加入在制品中形成适量的微裂纹(热膨胀系数不一致造成)，该微裂纹的存在可以吸收剥落性大裂纹传播和扩展时的能量，使剥落性大裂纹的传播和扩展减弱以至终止，从而提高抗热震性能。

4 实际应用对比 4.1 普通镁铝砖

普通镁铝砖(其性能指标见表3)在托墙拱使用情况如下:第一个炉役(小修)进行套补(有时全部拆换)，第二个炉役(中修)全部拆换。如6#炉每年修炉9次，全部拆换托墙拱8次，套补1次，即该部位的维修率达94.4%。9#炉每年修炉10次，托墙拱全部拆换6次，其维修率达60%。因此，迫切需要提高排烟系统砖衬寿命，降低砖耗。

4.2 防水化抗热震镁铬砖

防水化抗热震镁铬砖用于托墙拱的情况如下:第一个炉役完整无损不用套补;第二个炉役亦不用套补或只做很少套补。因为中修时观察仍很完整可不用套补，但由于担心中修不补下次小修再补时影响修炉进度，故在正中间1 m的范围内进行套补，最终4～5个炉役时拆换，这样寿命提高2～3倍