天然白云石原料在耐火材料工业中有哪些应用

白云石为菱镁矿（MgCO3）和方解石（CaCO3）组成为1:1的复盐，是仅次于菱镁矿的第二大碱性耐火原料，主要用来制备白云石质耐火材料。

白云石矿首先经煅烧（或者电熔）得到镁钙原料（如白云石砂/镁白云石砂、镁钙砂、镁钙铁砂），然后制备成各种白云石系耐火材料。白云石系耐火材料除了具有耐火度高，抗渣侵蚀性、抗热震性好等优点外，CaO可以吸附钢水中的S、P以及Al2O3、SiO2等非金属夹杂物，还具有净化钢水的作用，因此广泛用于不锈钢精炼炉中；另外由于白云石砖内含有大量的游离CaO，极易与水泥窑料中的C2S反应生成C3S，生成稳定的窑皮，因此适合使用在水泥回转窑烧成带上。

1、白云石砖

白云石砖是由天然白云石煅烧而成的白云石砂制成的。白云石砖中w（CaO）≥40%、w（MgO）≥35%，还含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质。若砖中的CaO、MgO质量比小于1.39，则称为镁质白云石砖。

为了提高抗热震性，开发出了ZrO2+白云石砖和ZrO2+镁白云石砖。白云石砖主要用于不锈钢精炼炉（如AOD、VOD炉等）和水泥窑烧成带中。

比如在AOD炉衬上，目前德国用烧成白云石砖，欧洲其他一些国家用纯白云石砖，日本用镁白云石砖。另外白云石砖是欧美水泥窑烧成带应用最普遍的耐火材料，其中美国有86%的水泥窑烧成带使用该产品。但由于白云石砖在运输、贮存和停窑期间易吸潮发生水化，且抗热震性能差，一般在年运转率达到80%以上的窑上使用，我国只有少数厂家在水泥回转窑上使用进口的白云石砖。

2、镁钙砖

镁钙砖包括两种：一种是以合成镁钙砂为主要原料生产的镁钙砖；另一种是以白云石砂（或镁白云石砂）和镁砂为主要原料生产的镁钙砖，也称镁白云石砖。目前，w（CaO）为20%的烧成镁钙砖/镁白云石砖是我国产量和用量最大的合成镁钙耐火制品，它主要用作不锈钢精炼炉（AOD炉、VOD炉等）的炉衬材料，替代对环境和人体危害极大的镁铬砖，而且使用效果良好。

如太原钢铁公司不锈钢冶炼用AOD炉炉衬全部长期使用烧成镁钙砖，平均炉龄163炉，最高为189炉。我国烧成镁钙砖已成不锈钢行业的主要耐火材料。另外我国还生产一定量的w（CaO）≥30%的烧成镁钙砖/镁白云石砖。

3、不烧镁钙（碳）砖

以不同粒度的烧结白云石砂、镁砂和/或石墨为主要原料，不经烧成而能直接使用的耐火材料，具有节能、热震稳定性良好，生产工艺简便，同时具有良好的抗渣性。

目前，我国生产的不烧镁钙（碳）砖，其w（CaO）在10%～30%，属于中低钙的镁钙制品，主要用于精炼炉如LF—VD或者LF、VOD的炉底与熔池部位，GOR炉底部位，效果良好。但现在我国的不烧镁钙（碳）砖还没有被大量的推广应用，其原因一是价格较高；二是使用性能还有待提高。

4、镁钙系不定形耐火材料

利用白云石还制备成各种镁钙不定形耐火材料如电炉炉底捣打料、中间包涂抹料、钢包喷补料、转炉喷补料、RH炉喷补料、自流热补料等不定形耐火材料。其中使用量最大是电炉炉底用镁钙铁质干式捣打料，其采用含铁的镁白云石质合成砂（镁钙铁砂）为原料制备的而成，使用效果良好，如上海宝钢150tUHP电炉炉底寿命达到1087次；舞阳钢铁公司90tUHP电炉炉底寿命也在1500次以上。

目前，我国鼓励发展电炉炼钢，UHP电炉数量的不断增加，各种干式炉底捣打料需求量也将不断增大。另外利用白云石开发出的喷补料用于转炉、电炉、钢包渣线、RH插入管等部位的修补，效果良好，目前的应用量也在逐渐扩大；利用白云石为主要还可以生产中间包涂抹料、干式料，性能优良。

5、新型耐火材料

目前白云石在耐火材料中主要用于合成镁钙系耐火材料，为了扩大白云石资源在耐火材料中的应用，有研究利用天然白云石矿合成含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥。含微晶镁铝尖晶石的铝酸钙水泥（CMA）是一种新型的耐火材料用结合剂，其CaO含量降低并且含有镁铝尖晶石，与普通铝酸盐水泥相比，具有更为优异的高温体积稳定性、抗热震性和抗渣侵蚀等性能。

西安建筑科技大学的研究人员以白云石和工业三氧化二铝为原料，烧结合成出含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥，这种水泥的结合强度高，武汉科技大学的研究人员以粒径为5~50μm的天然白云石和粒径为5~44μm的工业氧化铝（纯度≥95.0%）为原料，将二者按一定比例配料，经过球磨、烧结和破碎工艺，即可得到含纳米镁铝尖晶石（粒径仅为50~500nm）的铝酸盐水泥。由于天然白云石资源丰富，成本较低，采用该制备方法制备含纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的成本较低，适合于工业化生产。

还有研究者利用天然白云石矿与不同铝源合成铝酸钙-镁铝尖晶石轻质耐火材料、抗水泥熟料侵蚀的二铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料等，取得不错进展。

当今钢铁工业正朝着“高洁净、高均匀、超细晶”的超级钢技术目标发展，洁净钢、纯净钢的产量越来越大，而白云石系耐火材料对炉渣和金属具有很好的化学稳定性，尤其是游离CaO具有净化钢液的功效，相应地对白云石系耐火材料的需求也将增大，白云石系耐火材料有很大的发展前景。

在水泥工业领域，由于某种原因目前我国一些企业在水泥回转窑的烧成带和过渡带还在使用镁铬砖，而白云石砖具有优良的耐高温、挂窑皮和抵抗碱性物质侵蚀的能力，可以用在水泥窑烧成带和过渡带替代镁铬耐火砖，而目前我国只有少数厂家在水泥回转窑上使用进口的白云石砖，白云石砖在我国水泥回转窑烧成带应用有很大的发展空间。但是白云石系耐火材料难烧结，同时以白云石砂为原料的耐火材料在存放和反复使用过程中极易吸收水分水化生成氢氧化物，产生体积膨胀而导致制品破裂、粉化，这一致命弱点限制了白云石系耐火材料的应用与发展。

因此，今后加大对这方面的研究，使白云石资源在耐火材料中的应用增大，可以节省储量相对较少的菱镁矿。利用白云石开发新型耐火材料，如新型铝酸盐水泥、六铝酸钙-尖晶石轻质耐火材料等。

来源：赵瑞,张子英,柴俊兰,等.白云石矿产资源开发利用现状及前景[C].2019年全国耐火原料学术交流会论文集.,2019:26-31.