不定型耐火材料

1、不定形而寸火材料(unshapedrefractories)由一定級配的骨料、粉料、結(jié)合劑和外加劑組成不定形狀的不經(jīng)燒成可供直接使用的耐火材料。不定形耐火材料的耐火度應不低于1500C,有些隔熱不定形耐火材料的耐火度允許低于1500C。這類材料無固定的外形，呈松散狀、漿狀或泥膏狀，因而也稱為散狀耐火材料，也可以制成預制塊使用或構(gòu)成無接縫的整體構(gòu)筑物，也稱為整體耐火材料。不定形耐火材料具有工藝簡單，生產(chǎn)周期短、節(jié)約能源、使用時整體性好、適應性強、便于機械化施工等特點。簡史不定形耐火材料是以耐火澆注料為基礎而拓展的。早在1918年法國已開始銷售鋁酸鹽水泥， 一般認為在1925年歐美國家才以鋁酸鹽水

2、泥作為耐火澆注料的結(jié)合劑， 在第二次世界大戰(zhàn)時期，美國用耐火澆注料和耐火可塑料作為鍋爐和石油設備內(nèi)襯。日本在1955年開始生產(chǎn)不定形耐火材料。到1960年美、日、聯(lián)邦德國不定形耐火材料分別占耐火材料產(chǎn)量的12.6%、1.6%和1.6%。19661975年不定形耐火材料在工業(yè)發(fā)達國家實現(xiàn)了品種系列化，質(zhì)量穩(wěn)步提高、產(chǎn)量顯著增長，1980年以前，美、日、聯(lián)邦德國的不定形耐火材料產(chǎn)量已分別提高至37.1%、31.7%和36.8%,大致占耐火材料產(chǎn)量的三分之一或稍多一些。20世紀80年代以后，工業(yè)發(fā)達國家耐火材料產(chǎn)量逐步有所下降，而不定形耐火材料產(chǎn)量并無太大變化，因而不定形耐火材料產(chǎn)量比率相應提高，如

3、以日本為例：19761985年耐火材料產(chǎn)量從270萬t左右降至200萬t左右，而其中不定形耐火材料始終維持在90萬t左右，具比率從34%提高到44%。美國不定形耐火材料的比率已達到50%,西歐共同體為35%。到90年代初，不定形耐火材料的產(chǎn)量已接近燒成耐火制品的產(chǎn)量，在耐火材料行業(yè)促成了巨大的變化，這也說明了不定形耐火材料的迅速發(fā)展。中國的不定形耐火材料發(fā)展史要追溯至古代的原，始制陶時代和青銅器時代，當時所用的焙燒陶器的窯和冶煉青銅的爐（或培竭）就是用可塑性的耐火粘土塑造或搗制而成的，這可以說就是原始的不定形耐火材料。而現(xiàn)代的不定形耐火材料則是從20世紀50年代初期開始研究并在工程中得到應用的

4、。例如以耐火搗打料修筑煉鋼爐底，感應爐內(nèi)襯；采用硅酸鹽水泥和水玻璃為結(jié)合劑配制的耐火澆注料，當時稱l為耐熱混凝土；60年代鋁酸鹽水泥（也稱磯土水泥或高鋁水泥）研制成功后，耐火澆注料在質(zhì)量上有所提高，純鋁酸鈣水泥耐火澆注料和磷酸鹽結(jié)合耐火澆注料、耐火搗打料在工業(yè)窯爐上也得到普遍應用。同時在石油工業(yè)窯爐上開始采用水玻璃或鋁酸鹽水泥隔熱澆注料和耐火噴涂料。 到70年代在鋼鐵工業(yè)的軋鋼生產(chǎn)用窯爐中耐火可塑料獲得廣泛應用。80年代以來，耐火噴涂料（噴補料）、耐火澆注料（尤其是粘土結(jié)合耐火澆注料和低水泥耐火澆注料、無水泥耐火澆注料）發(fā)展迅速。應用方面也由一般工業(yè)窯爐擴展到連鑄、盛鋼桶、高爐出鐵溝以及高爐、

5、轉(zhuǎn)爐等的維修。1977年中國正式采用%26ldquo;不定形耐火材料26rdquo;名稱。1976年以前不定形耐火材料年產(chǎn)量10萬t以下，1990年達125萬t,約為耐火材料總產(chǎn)量的15%。分類不定形耐火材料主要按其氣孔率和使用分類，也可按其采用的結(jié)合劑種類和耐火骨料材質(zhì)分類。按氣孔率分有致密不定形耐火材料與隔熱不定形耐火材料兩類。致密不定形耐火材料也稱為普通或重質(zhì)不定形耐火材料，隔熱不定形耐火材料也稱為輕質(zhì)不定形耐火材料。按照國際標準(IS(|)1927%26mdash;75)分類，隔熱不定形耐火材料經(jīng)烘干后的試樣氣孔率不低于45%。按使用類型分主要有耐火澆注料、耐火噴涂料、耐火噴補料、耐火

6、可塑料、耐火搗打料、耐火壓注料、耐火投射料、耐火涂抹料、耐火泥漿和干式振動料。(1)耐火澆注料。也稱耐火澆灌料，以耐火骨料和粉料與適當?shù)慕Y(jié)合劑、外加劑配制而成，具有良好的觸變性能，一般以澆注或澆注振實的方法施工。(2)耐火噴涂料與噴補料。材料組成接近耐火澆注料，顆粒級配需適應噴涂或噴補施工的特殊要求，利用風動機具進行施工，施工方法有濕法、干法或半干法。(3)耐火可塑料。以耐火骨料和粉料與適當?shù)慕Y(jié)合劑、外加劑配制而成，呈泥坯狀或不規(guī)則料團狀，在一定時間內(nèi)保持較好的可塑狀態(tài)，一般采用風動搗打工具施工。(4)耐火搗打料。以耐火骨料和粉料與適當?shù)慕Y(jié)合劑等配制而成，呈松散狀，以強力搗打方法施工。(5)耐

7、火壓注料。以耐火骨料和粉料、結(jié)合劑和外加劑組成，呈膏狀或泥漿狀，以擠壓泵將料強力壓入的方法施工。(6)耐火投射料。主要采用硅石質(zhì)、皓英石質(zhì)、高鋁質(zhì)等材料作為骨料和粉料，以水玻璃或結(jié)合粘土作為結(jié)合劑，或加入適當?shù)耐饧觿┡渲贫?，利用投射機進行投射施工(7)耐火涂抹料。以耐火細骨料和粉料或者僅以耐火粉料加入適當?shù)慕Y(jié)合劑、外加劑配制而成。其含水(或其他液體)量較高，以手工或風動機具涂抹或噴涂施mo(8)耐火泥漿。也稱砌筑和接縫材料，以耐火粉料與適當結(jié)合劑、外加劑配制而成，品種有陶瓷結(jié)合耐火泥漿、水硬性結(jié)合耐火泥漿和化學結(jié)合耐火泥漿，用抹刀或類似工具施工。按結(jié)合劑種類分根據(jù)其化學性質(zhì)可分為無機結(jié)合劑不

8、定形耐火材料和有機結(jié)合劑不定形耐火材料兩類。根據(jù)其硬化方式可分為氣硬性結(jié)合劑、水硬性結(jié)合劑、熱硬性結(jié)合劑類型。(見結(jié)合劑)按骨料材質(zhì)分有致密骨料和隔熱骨料。致密骨料主要有粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、硅質(zhì)、鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、尖晶石質(zhì)、銘質(zhì)、含結(jié)質(zhì)、含碳質(zhì)、含碳化硅質(zhì)等品種，此外還有各種材質(zhì)的隔熱骨料、主要有浮石、漂珠、蛭石、陶粒、膨脹珍珠巖、多孔熟料和氧化鋁空心球等，也可利用隔熱耐火制品或碎塊制成的顆粒骨料。組成包括耐火骨料和粉料、結(jié)合劑、外加劑等。其用量應根據(jù)不定形耐火材料的不同品種和用途決定。一般情況下骨料用量約占65%以上，粉料用量約為10%35%,結(jié)合劑用量為8%15%,外加劑通常少于1%,極少超過4

9、%,用水(或液體)為8%12%。而在低水泥耐火澆注料中，作為結(jié)合劑的水泥用量和用水量都降低，而耐火泥漿中，用水(或液體)量都大為增加。骨料和粉料骨料分為粗骨料(%26ge;3mm)、 細骨料(30.088mm)、 粉料分為細粉料(0.0880.01mm)、超細粉(26le;0.01mm)。骨料在組成中用量最多并起骨架作用。粉料除起著填充空隙、改善施工性能和保證密實作用外，有時還與某些結(jié)合劑發(fā)生反應，使不定形耐火材料具有強度或改善其他性能。粉料可采用與骨料相同的材質(zhì)（見耐火粉料），應用中粉料的材質(zhì)往往高于骨料的材質(zhì)。選用隔熱骨料時，具顆粒容重應小于1.2g/cm3。骨料的顆粒級配有連續(xù)級配和間斷

10、級配之分，間斷級配是抽掉連續(xù)級配中某一粒度區(qū)間而成。在不定形耐火材料原料配制中，由于所用骨料的最大粒徑偏小，一般采用連續(xù)級配，合理選擇優(yōu)良的顆粒形狀和級配，可以獲得最大的密實度和良好的施工性能。不同品種的不定形耐火材料應選擇適宜的顆粒級配，在實際應用中根據(jù)使用要求通過試驗確定其顆粒級配組成。結(jié)合劑不定形耐火材料在使用前未經(jīng)高溫燒結(jié)， 顆粒間依靠結(jié)合劑的作用粘結(jié)為整體，并使構(gòu)筑物或制品具有一定的強度。一般認為結(jié)合劑將結(jié)合物結(jié)合為整體是取決于結(jié)合物本身的凝結(jié)硬化性質(zhì)和結(jié)合劑與結(jié)合物之間產(chǎn)生的粘結(jié)作用。結(jié)合劑必須能與耐火骨料和粉料的表面最大限度地接觸，此外還應具有硬化時的體積穩(wěn)定性。（見結(jié)合劑）外加

11、劑不定形耐火材料采用的外加劑種類較多，主要有促硬劑、減水劑、膨脹劑等。（見外加劑）（1）促硬劑，也稱促凝劑。不同品種的結(jié)合劑應選用各自需要的促硬劑。例如以粘土為結(jié)合劑時常溫強度很低，為提高其強度，必須加入促硬劑，一般采用硅酸鹽水泥或氧化鈣作為促硬劑。以磷酸鹽為結(jié)合劑時，常用的促硬劑有氧化鎂、氧化鈣、氫氧化鋁、氟化俊等，其中以氧化鎂使用最為普遍，中國則采用硅酸鹽水泥或鋁酸鹽水泥，其中以鋁酸鹽水泥使用最為普遍。(2)減水劑。主要用于以水泥為結(jié)合劑的耐火澆注料、耐火可塑料及耐火泥漿等不定形耐火材料中，采用的減水劑有蔡磺酸甲醛縮合物鈉鹽、木質(zhì)素磺酸鈣、磺化焦油類、烷基磺酸鈉、檸檬酸鈉、碳酸氫鈉、六偏磷

12、酸鈉、灑石酸、尿素、三聚磷酸鈉、鹽酸羥胺、葡萄糖酸鈉等，這些減水劑有的可以單獨使用，有的可以復合使用，以增強減水效果。(3)膨脹劑。為提高不定形耐火材料的體積穩(wěn)定性，不定形耐火材料作為整體爐襯或預制構(gòu)件使用時，必須具備良好的體積穩(wěn)定性，而某些不定形耐火材料往往因為高溫收縮而產(chǎn)生裂縫、龜裂和剝落現(xiàn)象，因此加入各種膨脹劑以期改善其性能，如粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)不定形耐火材料可選用石英、軟質(zhì)粘土、藍品石等作為膨脹劑。以石英作為膨脹劑時，利用石英在12001470C溫度范圍內(nèi)，%26alpha;-石英不斷轉(zhuǎn)化為半安定性石英產(chǎn)生的體積膨脹。以磷酸鹽為結(jié)合劑時，加入適量生粘土，利用其加熱時所產(chǎn)生的二次莫來石化也可

13、以起到膨脹作用。 膨脹劑中以藍晶石應用最多， 藍晶石在高溫煨燒時， 于1300c開始分解，不可逆地轉(zhuǎn)化為莫來石并析出SiO2,到13601400C分解加快，1500C后出現(xiàn)石英玻璃和莫來石，伴隨這些反應產(chǎn)生約10%12%體積膨脹。除了上述常用外加劑外，根據(jù)配制不同品種不定形耐火材料的需要，比較經(jīng)常采用的還有增塑劑、保存劑、發(fā)泡劑、緩凝劑等。(見外加劑)應用不定形耐火材料主要應用于冶金工業(yè)、機械工業(yè)、能源、化學工業(yè)和建筑材料工業(yè)的各種窯爐和熱工構(gòu)筑物。冶金工業(yè)方面從鐵礦燒結(jié)、煉焦、煉鐵、煉鋼、爐外精煉、連鑄直到軋鋼生產(chǎn)等，幾乎每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)的冶金爐和熱工設備都使用不定形耐火材料。大型高爐外殼內(nèi)側(cè)采

14、用耐火噴涂料，爐底特殊部位采用耐火搗打料，修補時采用耐火噴補料和耐火壓注料。大型高爐出鐵溝從使用氧化鋁一碳化硅質(zhì)耐火搗打料改進為采用耐火澆注料，使出鐵溝的通鐵量顯著增加。止匕外，高爐炮泥也全部采用不定形耐火材料。大型熱風爐球頂及爐殼內(nèi)側(cè)采用耐火噴涂料，熱風爐熱風閥內(nèi)襯普遍應用耐火澆注料，熱風爐和高爐的熱風管道內(nèi)襯大都采用了耐火澆注料。鐵礦燒結(jié)用點火爐、保溫爐和大型咽囪內(nèi)襯，采用了耐火可塑料、耐火澆注料和耐火噴涂料。在煉鋼方面耐火噴補料應用較多，盛鋼桶內(nèi)襯不定形耐火材料的應用也明顯增加，逐步成為發(fā)展應用的重點。在連鑄方面用作連鑄中間罐襯和擋渣堰板等。爐外精煉用浸漬管、整體噴槍、真空脫氣裝置內(nèi)沖寸

15、也全部或部分采用了不定形耐火材料。軋鋼生產(chǎn)用的均熱爐和加熱爐中不定形耐火材料應用最廣、效果最為顯著，以耐火可塑料和澆注料用于加熱爐水冷管包扎取得了良好的節(jié)能效果。在煉焦方面主要使用耐火泥漿，止匕外，還用于干熄焦爐內(nèi)襯以及焦爐爐門、煙道、抵抗墻等部位。在有色冶金工業(yè)方面，不定形耐火材料主要用于電解槽、鉛鋅密閉鼓風爐、鋁反射爐、煉銅工頻感應電爐、煉銅閃速爐、陽極爐、電極爐、轉(zhuǎn)爐等重要設備。其他工業(yè)方面不定形耐火材料用于機械工業(yè)方面的各種感應爐、鹽浴爐、熱處理爐內(nèi)襯等。在能源化學工業(yè)方面用于煤氣發(fā)生爐、頁巖干儲爐、常壓加壓爐、減壓加熱爐、合成氨裝置的一段和二段轉(zhuǎn)化爐以及排氣筒等部位。止匕外，還用于般工業(yè)鍋爐、發(fā)電廠鍋爐內(nèi)襯等。在建筑材料工業(yè)方面主要用于水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯和玻璃熔窯的某些部位。展望不定形耐火材料中用量最多的是耐火澆注料、耐火噴涂料、耐火噴補料，其產(chǎn)量占不定形耐火材料總產(chǎn)量的70%以上，今后不定形耐火材料仍將以此為主。在耐火澆注料中加入超微粉和高效外加劑，使雜質(zhì)含量和用水量降