淺談不定形耐火材料的應用與發(fā)展

淺談不定形耐火材料的應用與發(fā)展摘要：近年來，不定形耐火材料的發(fā)展取得了很大的成就，其在市場上所占的份額有超過定形制品的趨勢。本文從不定形耐火材料的組成出發(fā)，簡要介紹不定形耐火材料的應用現(xiàn)狀，并對其今后的發(fā)展做了展望。關鍵詞：不定形耐火材料；組成；應用；發(fā)展BrieflytalkabouttheapplicationsanddevelopmentofunshapedrefractoryAbstract:Greatachievementshasbeenmadeinthedevelopmentofunshapedrefractoryinrecentyears,ithasthetrendtomakemoremarketthanshapeditems.Thistextstartfromthecompositionofunshapedrefractory,brieflyintroducethepresentsituationinapplication.Andprospectitsfuturedevelopment.Keywords:unshapedrefractory;composition;application;development引言耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料，應用于熱工窯爐等熱工設備的結構材料，以及高溫容器和部件的材料，并能承受相應的物理化學變化和機械強度。耐火材料按外觀分類可分為耐火磚和不定形耐火材料[1]，耐火磚具有一定的形狀，比如燒成磚、不燒磚、電熔磚（熔鑄磚）和耐火隔熱磚等；不定形耐火材料也稱為散狀料，它沒有一定的形狀，按所要求形狀施工即可，比如澆注料、搗打料、投射料、噴射料、可塑料和耐火泥等。耐火材料一般是用開然礦石，如鋁礬土、硅石、菱鎂礦等原料經(jīng)加工后制造的，稱為普通耐火材料；當前，優(yōu)質耐火原料和人工合成材料日趨增加，開發(fā)了高級耐火材料；采用純氧化物和難熔化合物制作的物特種耐火材料也得到了較大的發(fā)展。耐火材料主要用于冶金工業(yè)，其消耗量點其總產(chǎn)量的60%～70%。因此，耐火材料是冶金工業(yè)發(fā)展的重要基礎，具有戰(zhàn)略地位，耐火材料的發(fā)展是與冶金工業(yè)技術進步互為依存和相互促進的[2]。2．不定形耐火材料的組成不定形耐火材料是由耐火骨料和粉料、結合或另摻外加劑以一定比例組成的混合料，能直接使用或加適當?shù)囊后w調配后使用。即該料是一種不經(jīng)煅燒的新型耐火材料，其耐火度不低于1580℃[2]。因此，不定形耐火材料的組成為：耐火骨料、耐火細粉、結合劑、外加劑。2.1耐火骨料耐火骨料分為重骨料和輕骨料兩大，一般系指粒徑大于0.088mm的顆粒料。它是不定形耐火材料組織結構中的主體材料，起骨架作用，決定其物理力學和高溫使用性能，也是決定材料屬性及其應用范圍的重要依據(jù)，其用量一般為60%～73%。常用的耐火骨料有高鋁質（礬土熟料，剛玉）、黏土質（黏土熟料）、半硅質（硅質黏土，蠟石）、硅質（硅石）、鎂質（鎂砂）、和其他耐火骨料（碳化硅、鉻渣、多孔熟料、頁巖陶粒）等。2.2耐火粉料耐火粉料也稱為細粉，一般是系緊料么等于或小于0.088mm的顆粒料。它是不定形耐火材料組織結構中的基質材料，一般在高溫作用下起聯(lián)結或膠結耐火骨料的作用，使之獲得高溫物理力學和使用性能，用量一般為15%～40%，并能直譯骨料空隙和改善施工和易性，有些耐火粉料，如黏土和超微料等還是良好的結合劑。不定形耐火材料中使用的粉料通常有SiO2微粉、Al2O3微粉和莫來石微粉、MgO微粉和鎂鋁尖晶石微粉、ZrO2微粉和ZrB2/ZrC微粉、Si3N4微和SiC微粉等，常用的微粉制備方法有[3]：固相反應法、沉淀法、水熱法、溶膠—凝膠法、化學氣相沉積法、噴霧熱分解法、微波等離子體法等。2.3.結合劑不定形耐火材料在使用前未經(jīng)過燒結，顆粒之間無普通燒結制品所具有的那種陶瓷結合或直接結合，因此，加入結合劑可使其粘結為一個整體，并使構筑物或制品具有一定的強度[4]。結合劑一般分為兩類：有機結合劑和無機結合劑。有機結合劑都是由有機物組成，多為暫時性結合劑，有水溶性結合劑和非水溶性結合劑之分。水溶性結合劑不與耐火材料產(chǎn)生化學反應，并具有相當?shù)谋Ｋ?，因而不會使混合料的工藝生質隨時間而波動。這些結合劑中有些是良好的表面活性物質，具有稀釋或改善混合料可塑性作用，使施工方便。這類結合劑通常有糊精、粉狀羧甲基纖維素、粉狀及液狀木質素磺酸類材料，聚乙酸乙烯基乳狀液等。非水溶性結合劑主要是熱塑性樹脂，常被用于顆粒易水化的制品中，常用的這類結合劑有硬瀝青類，石蠟、聚丙烯類和尿脘樹脂等。無機結合劑在不定形耐火材料中使用最為廣泛，它是在常溫下皆可起結合作用的永久性結合劑。常用的有水泥結合劑、硅酸鹽結合劑、磷酸鹽結合劑、氯化鹽結合劑和硫酸鹽結合劑等。2.4外加劑他熱工窯爐中的使用也非常方范，比如氣體懸浮焙燒爐（GSC）、蓄熱式加熱爐等。氣體懸浮焙燒爐是以旋風筒為主體的大型熱爐窯，它除了有對耐火材料要求不太高的低溫旋風筒外，還有三個中溫旋風筒，兩個高溫旋風筒，而其工藝特點決定了對耐火材料有以下要求：(1)耐火度要高：根據(jù)主爐溫度高的特點，要求耐火材料在1200℃時具有不易熔化的特點，所選擇耐火材料的耐火度必須達到1400℃以上，才能在帶負荷時滿足GSC要求；(2)高溫結構強度要大：GSC主要由直徑大小不同的圓柱形帶錐體旋風筒組成，內(nèi)襯既受砌筑體的荷重力也受熱應力的作用，因此要求內(nèi)村材料有較高的結構強度(即抗壓強度)和抗蠕變能力；(3)熱震穩(wěn)定性要好：GSC在操作過程中，由于負荷的頻繁變化或由于煤氣中斷、物料供應不上和其他機械故障而導致緊急停爐，造成溫度迅速降低并引起各旋風筒溫度分布不均勻，內(nèi)襯內(nèi)部會產(chǎn)生熱應力而導致破裂和剝落。因此，內(nèi)襯材料應具有抵抗這種破損的能力；(4)高溫體積穩(wěn)定性要好：GSC在長期高溫運行過程中，內(nèi)襯會產(chǎn)生收縮或膨脹，造成損壞。這就要求內(nèi)襯材料燒成后線變化率要小；(5)耐磨損能力要強：GSC各旋風筒氣流速度高達4～20m/s，氣體攜帶的物料AI(OH)3都是粉狀磨料，易造成對內(nèi)村的沖刷，引起內(nèi)襯剝藩，因而GSC內(nèi)襯必須有較強的抗沖刷耐磨能力。一般認為耐火砌筑體密度越大，耐磨性能越好；(6)外型尺寸規(guī)整，公差要?。汗饣膬?nèi)襯表面不僅有利于GSC氣體流動，減小壓力損失，而且可以減小旋風筒內(nèi)氣流對內(nèi)襯的沖刷[9]。4．不定形耐火材料的發(fā)展展望不定形耐火材料作為耐火材料工業(yè)的一個重要分支，因其產(chǎn)品不可比擬的優(yōu)勢越來越得到人們的重視?？v觀數(shù)十年來不定形耐火材料的發(fā)展歷程心。，總結不定形耐火材料今后的發(fā)展趨勢和方向如下[10]：(1)更多使用人工合成原料?？赡芤爰{米材料，以改善材料的流變性能，從而提高施工性能和使用性能。(2)粒度級配方面更關注于理論計算，逐漸取代單靠經(jīng)驗配料的方法，而且將關注所用原料的顆粒形態(tài)。(3)開發(fā)各種特殊使用要求的添加劑。(4)不定形耐火材料的功能化、制品化，將開發(fā)更多、更復雜的預制件材料。(5)開發(fā)多功能化、機器人施工機具，向省工、省時、省力、簡便的施工工藝發(fā)展。(6)快速烘烤技術的研究，使構筑好的襯體可快速烘烤，甚至不烘烤而直接使用。(7)新的試驗方法和產(chǎn)品的標準化和系列化。(8)氧化物和非氧化物的復合材料，碳化硅、氮化硅、各種形式的碳等將在不定形耐火材料中得到越來越廣泛的應用[11]。參考文獻：[1].王維邦.耐火材料工藝學[M].冶金工業(yè)出版社，1994，第2版[2].韓行祿.不定形耐火材料[M].冶金工業(yè)出版社，2003，第2版[3].黃朝暉，吳小賢，劉艷改等.微粉在不定形耐火材料中的應用與展望[J].中國粉體工業(yè)，2009，21－27[4].向濤.鋁溶膠的制備及其在剛玉質澆注料中的應用研究[D].武漢科技大學，2008[5].李再耕.不定形耐火材料的制備技術與應用技術走向[J].洛陽工業(yè)高等專科學校學報，2002，12（1）：146－154[6].付玄升，姬建營.不定形耐火材料在精煉鋼包永久層上的應用[J].中國冶金，2006，16（11）：24－26[7].臧劍波，劉麗聰.淺談預分解窯不定形耐火材料的使用[J].新世紀水泥導報，2010，（1）：29－30[8].閔富元.不定形耐火材料在熱電聯(lián)產(chǎn)工程中的應用與發(fā)展[J].冶金工業(yè)，2