耐火材料的发展前景

院、系（部）化学与化学工程系专业精细化工班级2班学号120101202217姓名陈伟强任课教师陈云平课程名称现代化工导论论文题目耐火材料的发展应用及前景探讨成绩评语 签字： 年 月 日复核人意见 签字： 年 月 日耐火材料的发展应用及前景探讨陈伟强摘要： 耐火材料与高温技术相伴出现，大致起源于青铜器时代中期。20世纪初，由于近代工业的发展，尤其是钢铁工业的突飞猛进，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时出现了完全不需要烧结、能耗小的不定型耐火材料和耐火纤维。现代，随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展，各高温炉工业对耐火材料的新特性有了更高的要求，于是具有耐高温、抗腐蚀、抗热震、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了广泛应用。首先简要概述了耐火材料的性能、分类及应用，特别是在现代钢铁工业中的应用需求和前景。给出了简单的生产工艺，分析了国内几种典型的实用耐火材料，给出了我国在耐火材料技术方面存在的问题及各国最新的发展动向，并对今后耐火材料的前景做了相应的预测。 关键词： 耐火材料；新特性及其应用；耐火材料前景耐火材料大致起源于青铜器时代中期，早在中国东汉时期已用粘土质耐火材料烧瓷器的窑材。而它真正的发展开始于近代工业革命前后，这时期高炉、焦炉、热风炉快速发展，急需耐火材料提高特性以满足生产需要。于是耐火材料开始由单一化向多重化发展，种类不断增加，特性也不断在提高。尤其在二战时，美国用耐火浇注料和耐火可塑料作为锅炉和石油设备内衬，极大加速本国钢铁工业发展之后，世界各国开始研发耐火材料。现代，随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展，耐火材料已具有耐高温、抗腐蚀、抗热震、耐冲刷等综合优良性能。但在各国的耐火材料发展中依然存在着诸多问题制约着耐火材料的发展，但从现在耐火材料的应用看，它的前景是相当广阔的，相信在未来耐火材料一定能具备更优良的性能，为各大工业的发展做出贡献。一、耐火材料性能耐火材料是指耐火度不低于1580摄氏度的无机非金属材料，它是为高温技术服务的基础材料，是砌筑窑炉等热工设备的结构材料，也是制造某些高温容器和部件或特殊作用的功能材料。耐火材料被逐渐被广泛应用在冶金、建材、化工、石油、机械和原子能等工业领域中。1、耐火材料的性能热学性能：热学性能包括热膨胀、热导率、热熔等，前两个性能最常用，与材料的组成和使用有密切的关系。（1）热膨胀：耐火材料的热膨胀性能很重要，彻筑耐火材料构件时必须考虑材料的加热膨胀而留下的一定的裂缝。热膨胀性能可以用线膨胀率或热膨胀系数表示，也可以用膨胀率表示。（2）热导率：热导率是表证耐火材料特性的一个物理指标，是在单位温度梯度下通过单位面积式样的热流速率。温度是影响热导率的一个基本因素，一般晶体举有负的热导率温度系数，大部分耐火材料因其中还有相当质量玻璃质使其导热率随温度升高而升高，如粘土砖、硅砖。2、力学性能力学性能是指材料在不同温度下抵抗外力作用和应力但不被破坏的能力（1）高温耐压强度：高温耐压强度是材料在高温下单位界面所能承受的极限压力（2）高温裂断强度是材料在高温下抵抗过弯曲的应力，它表征材料在高温下抵抗弯曲力的能力，也称为高温抗弯强度，测量时用三点弯曲法。耐火材料的高温抗曲程度取决于制品的化学组成，组织结构和生产工艺。其中，溶剂型添加物或杂质及烧成温度对制品的抗弯曲强度有显著影响。3、高温使用性能耐火度：耐火材料在无荷重时抵抗高温作用不融化的性质称为耐火度。它与熔点不同，熔点是纯物质的结晶与其溶液相处于平衡状态下的温度。耐火材料是由各种矿物质的集合体，无固定熔点，只有一个熔融温度范围荷重软化温度：荷重软化温度指式样在连续升温条件下承受恒定载荷而产生形变的温度。它表征材料在高温和荷重共同作用下的抵抗变形能力4、耐火材料抗性抗热震稳定性：耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的性能称为抗热震稳定性。也成为抗热震性或温度急变抵抗性。硅砖受急冷急热时易产生裂纹，开裂，镁硅容易脱落，这下材料的抗热震稳定性降低。抗热震稳定性与材料的矿物质组成，微观结构，物质颗粒大小与分布，热膨胀和热导率等性能有密切关系，与材料宏观组织结构和强度也有密切联系。一般来说，材料的热膨胀率很大，抗热震稳定性差；热导率越高，抗热震稳定性越好5、抗蚀性耐火材料在高温下抵抗外来物质侵蚀作用而不被破坏的能力成为抗蚀性。外来物质包括与耐火材料接触的冶金炉渣，燃料灰分、飞灰，各种材料（包括固态，液态材料如烧结水泥，铁屑，熔融金属，玻璃液等）和气体物质（如煤气，一氧化碳，硫，碱气体等）。耐火材料行业也称抗蚀性为抗渣性，如采用抗渣性来表征材料的低抗侵蚀能力，则“熔渣”的概念具有广泛意义，应该包括上述各种物质。二、耐火材料的分类耐火材料是以铝矾土、硅石、菱镁矿、白云石等天然矿石为原料经加工后制造的耐高温结构材料。但其种类却是相当的多，不同的耐火材料由不同的组成和制备工艺、结构特征、使用性能，因此有必要对其进行科学性的划分。1、按组成来分，可分为硅质制品、硅酸铝制品、镁质制品、白云石制品、硌质制品、碳质制品、纯氧化物制品及非纯氧化物制品等。这种分类方法能表征各种材料的基本组成和特性，在生产、使用和科学研究上均有、实际意义。2、按耐火度高低分为普通耐火材料（1580-1770）、高级耐火材料（1770-2000）和特级耐火材料（2000以上）。这种方法直观的表明了耐火材料的高温使用性能。3、按照耐火材料的外形来分，可分为定形耐火材料制品，如烧成砖、电熔砖、耐火隔热砖以及实验和工业用坩埚、器皿等特殊制品；不定型耐火材料制品，简称散装料，在使用地点才制成所需要的形状和进行热处理，如浇注料、捣打料、投射料、耐火泥等；耐火纤维，如铝纤维、硅酸铝纤维等，使用时一般经过二次加工成毯、毡、板、绳、组合件和纤维块制品。4、按照化学特性分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。三、耐火材料生产工艺根据制品的致密程度和外形不同，有烧结法、熔铸法和熔融喷吹法等。 烧结法是将部分原料预烧成熟料，破碎和筛分，再按一定配比与生料混合，经过成型、干燥和烧成。原料预烧的目的是将其中的水分、有机杂质、硫酸盐类分解的气体烧除，以减少制品的烧成收缩，保证制品外形尺寸的准确性。原料在破碎和研磨后还需要经过筛分，因为坯料由不同粒度的粉料进行级配，可以保证最紧密堆积而获得致密的坯体。为了使各种生料和熟料的成分和颗粒均匀化，要进行混炼，同时加入结合剂，以增强坯料结合强度。如硅酸铝质坯料加入结合粘土，镁质坯料加入亚硫酸纸浆废液，硅质坯料加入石灰乳等。根据坯料含水量的多少，可以采用半干法成型(约含5水分)，可塑法成型(约含 15水分)和注浆法成型（约含40水分）。然后进行干燥和烧成。熔铸法是将原料经过配料混匀和细磨等工序，在高温熔化，直接浇铸，经冷却结晶、退火成为制品。如熔铸莫来石砖、刚玉砖和镁砖等。它们的坯体致密，机械强度高、高温结构强度大，抗渣性好，使用范围不断在扩大。熔融喷吹法是将配料熔化后，以高压空气或过热蒸汽进行喷吹，使之分散成纤维或空心球的方法。制品主要用作轻质耐火、隔热材料。此外，还可制成粉状或粒状不定形耐火材料，临用时以焦油、沥青、水泥、磷酸盐、硫酸盐或氯化盐等结合剂胶结，不经成型和烧结而直接使用。四、耐火材料的在国内的发展及前景我国是耐火原料与耐火制品的生产和出口大国。进入新世纪以来，我国耐火材料工业一直保持着持续、稳定的发展趋势，2009年我国耐火材料产量约为2500万吨，为世界耐火材料总产量的65左右。我国耐火材料制品及原料已出口到100多个国家和地区，目前，我国耐火材料的产销量已稳居世界耐火材料首位。然而，与发达国家相比，我国耐火材料工业还面临产品结构不合理、产品质量不稳定、低端产品比例高等现状，我国需要从耐火材料大国向耐火材料强国转变。发展绿色耐火材料战略是关系到我国当前和今后耐火材料行业可持续发展的重要发展战略。我国耐火材料行业协会将绿色耐火材料的理念概括为“品种质量优良化，资源能源节约化，生产过程环保化，使用过程无害化”。近年来，国家相关部门及行业协会制定了一系列相应的政策措施，大力发展绿色耐火材料。耐火材料从业者应该从大处着眼，小处入手，面对现实，有所侧重，大力倡导用户方、生产方、研发方、设计方的通力合作和协调一致。日本、欧洲等耐火材料用户将用后耐火材料让原供料方承包收回再利用，费用从再供耐材价中抵扣的做法值得借鉴。技术创新为我们提供了新的领域和发展空间。耐火材料行业的科技创新要围绕新技术、新产品及环境友好工艺产品的研发，以铝矾土质均合成料的开发、菱镁矿的综合利用、纳米耐材制品的推广应