镁铬耐火材料由于具有耐火度高、高温稳定性好、热膨胀系数低和抗冶金渣侵蚀性高等优良性能，广泛用于炼铁、水泥及有色冶炼领域。随着冶金工业的发展与技术的进步，迫切需要具有更好抗渣性的致密镁铬耐火材料。伊朗的研究人员试图采用伊朗的铬矿与高反应活性的碱性MgO，在外加剂TiO2和ZrO2存在的条件下，制备致密镁铬熟料。
    试验所用的主要原料为碱性MgO（w(MgO)=98.5%）和伊朗的铬矿粉（w(Cr2O3)=39.8%，w(Al2O3)=26.5%，w(MgO)=16.5%，w(Fe2O3)=15.8%）以及添加剂TiO2细粉和ZrO2细粉，其中碱性MgO是由商业碳酸镁（w(MgCO3)=99%）1 000 ℃煅烧3 h得到的。基础配方按最终试样组成中Cr2O3含量为20% 配料，具体配方如表1所示。
表1 试样的基础配方
原料 MC MT1 MT3 MT5 MZ1 MZ3 MZ5
碱性MgO 50 50 50 50 50 50 50
铬矿粉 50 50 50 50 50 50 50
TiO2细粉 - 1 3 5 - - -
ZrO2细粉 - - - - 1 3 5
    按表1配料，加入3%的聚乙烯醇溶液作为结合剂，充分混合均匀后以100 MPa的压力压制成φ60 mm×60 mm的圆柱试样。将试样在110 ℃干燥后，在隧道窑内烧成，最高温度为1 750 ℃，然后冷却至室温，整个过程持续达72 h。再将高温热处理后的圆柱试样磨碎成﹤0.075 mm的细粉，将细粉在150 MPa的压力下在液压机上成型为所需尺寸的试样，并在隧道窑中进行适当的热处理。根据日本的相关标准测量试样的物理与力学性能，并采用SEM对试样进行显微结构分析。
    研究结果显示，加入ZrO2细粉对试样的体积密度影响很大，当其加入量从1%增加到5%时，试样的体积密度从2.93 g•cm-3增大到3.25 g•cm-3；TiO2细粉加入量为3%时，试样的体积密度达最大值，显气孔率最低，当其加入量增加到5%时，体积密度降低至2.98 g•cm-3。在镁铬熟料的烧结致密化过程中，伴随有复合尖晶石的生成，碱性MgO的比表面积以及添加剂TiO2或ZrO2的存在是影响烧结过程的主要因素。在镁铬熟料的加热过程中，复合尖晶石（MgFe2O4、MgCr2O4、MgAl2O4、((Mg,Fe)(Al,Fe,Cr)2O4)）作为固溶体溶解入方镁石中，在冷却过程中，方镁石中的复合尖晶石通过扩散与迁移沉淀产生在方镁石颗粒的间隙处。加入ZrO2可以改变颗粒的晶界相聚集与形态，使二面角减小，增强颗粒与颗粒之间接触，最终形成直接结合。这样可以加速材料的致密化，提高镁铬熟料的高温强度。而添加的TiO2可以溶解于尖晶石中形成固溶体，影响晶界活性，从而改善烧结过程，因此，添加TiO2可以促使耐火材料致密。此外，TiO2可以与MgO反应，有助于MgO基镁铬熟料的液相烧结，但是该反应会使材料产生体积膨胀，显气孔率增大。
    1750 ℃热处理后，随着ZrO2加入量的增大，试样的常温耐压强度呈逐渐增大的趋势；而TiO2加入量为5%时试样的常温抗折强度下降，这和材料显气孔率的增加有关。随着ZrO2加入量的增大，试样1 400 ℃下的高温抗折强度逐渐增大，MT5试样的高温抗折强度最大，这和材料的致密化烧结以及颗粒之间的直接结合有关；随着TiO2加入量的增大，试样1 400 ℃下的高温抗折强度先增大后减小，MZ3试样的高温抗折强度最大，MZ5试样的高温抗折强度最小，这主要是由于加入TiO2过多时，材料中液相的生成量过多引起的。
    显微结构分析表明，MZ5试样中氧化镁颗粒之间形成紧密的直接结合，每个颗粒由MgO和二次尖晶石组成，而MT5试样中氧化镁颗粒之间却没有形成紧密的直接结合。
    总之，碱性MgO的活性以及添加剂ZrO2和TiO2的存在对镁铬熟料的烧结致密化、强度以及显微结构有重要影响；加入ZrO2可以增强烧结过程中颗粒之间的直接结合，从而提高材料的强度；TiO2加入量过多时，对材料的强度有负面影响。
（编译自《UNITECR2009论文集》）