浅谈不定形耐火材料的应用与发展

浅谈不定形耐火材料的应用与发展摘要：近年来，不定形耐火材料的发展取得了很大的成就，其在市场上所占的份额有超过定形制品的趋势。本文从不定形耐火材料的组成出发，简要介绍不定形耐火材料的应用现状，并对其今后的发展做了展望。关键词：不定形耐火材料；组成；应用；发展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℃的无机非金属材料，应用于热工窑炉等热工设备的结构材料，以及高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化和机械强度。耐火材料按外观分类可分为耐火砖和不定形耐火材料[1]，耐火砖具有一定的形状，比如烧成砖、不烧砖、电熔砖（熔铸砖）和耐火隔热砖等；不定形耐火材料也称为散状料，它没有一定的形状，按所要求形状施工即可，比如浇注料、捣打料、投射料、喷射料、可塑料和耐火泥等。耐火材料一般是用开然矿石，如铝矾土、硅石、菱镁矿等原料经加工后制造的，称为普通耐火材料；当前，优质耐火原料和人工合成材料日趋增加，开发了高级耐火材料；采用纯氧化物和难熔化合物制作的物特种耐火材料也得到了较大的发展。耐火材料主要用于冶金工业，其消耗量点其总产量的60%～70%。因此，耐火材料是冶金工业发展的重要基础，具有战略地位，耐火材料的发展是与冶金工业技术进步互为依存和相互促进的[2]。2．不定形耐火材料的组成不定形耐火材料是由耐火骨料和粉料、结合或另掺外加剂以一定比例组成的混合料，能直接使用或加适当的液体调配后使用。即该料是一种不经煅烧的新型耐火材料，其耐火度不低于1580℃[2]。因此，不定形耐火材料的组成为：耐火骨料、耐火细粉、结合剂、外加剂。2.1耐火骨料耐火骨料分为重骨料和轻骨料两大，一般系指粒径大于0.088mm的颗粒料。它是不定形耐火材料组织结构中的主体材料，起骨架作用，决定其物理力学和高温使用性能，也是决定材料属性及其应用范围的重要依据，其用量一般为60%～73%。常用的耐火骨料有高铝质（矾土熟料，刚玉）、黏土质（黏土熟料）、半硅质（硅质黏土，蜡石）、硅质（硅石）、镁质（镁砂）、和其他耐火骨料（碳化硅、铬渣、多孔熟料、页岩陶粒）等。2.2耐火粉料耐火粉料也称为细粉，一般是系紧料么等于或小于0.088mm的颗粒料。它是不定形耐火材料组织结构中的基质材料，一般在高温作用下起联结或胶结耐火骨料的作用，使之获得高温物理力学和使用性能，用量一般为15%～40%，并能直译骨料空隙和改善施工和易性，有些耐火粉料，如黏土和超微料等还是良好的结合剂。不定形耐火材料中使用的粉料通常有SiO2微粉、Al2O3微粉和莫来石微粉、MgO微粉和镁铝尖晶石微粉、ZrO2微粉和ZrB2/ZrC微粉、Si3N4微和SiC微粉等，常用的微粉制备方法有[3]：固相反应法、沉淀法、水热法、溶胶—凝胶法、化学气相沉积法、喷雾热分解法、微波等离子体法等。2.3.结合剂不定形耐火材料在使用前未经过烧结，颗粒之间无普通烧结制品所具有的那种陶瓷结合或直接结合，因此，加入结合剂可使其粘结为一个整体，并使构筑物或制品具有一定的强度[4]。结合剂一般分为两类：有机结合剂和无机结合剂。有机结合剂都是由有机物组成，多为暂时性结合剂，有水溶性结合剂和非水溶性结合剂之分。水溶性结合剂不与耐火材料产生化学反应，并具有相当的保水性，因而不会使混合料的工艺生质随时间而波动。这些结合剂中有些是良好的表面活性物质，具有稀释或改善混合料可塑性作用，使施工方便。这类结合剂通常有糊精、粉状羧甲基纤维素、粉状及液状木质素磺酸类材料，聚乙酸乙烯基乳状液等。非水溶性结合剂主要是热塑性树脂，常被用于颗粒易水化的制品中，常用的这类结合剂有硬沥青类，石蜡、聚丙烯类和尿脘树脂等。无机结合剂在不定形耐火材料中使用最为广泛，它是在常温下皆可起结合作用的永久性结合剂。常用的有水泥结合剂、硅酸盐结合剂、磷酸盐结合剂、氯化盐结合剂和硫酸盐结合剂等。2.4外加剂他热工窑炉中的使用也非常方范，比如气体悬浮焙烧炉（GSC）、蓄热式加热炉等。气体悬浮焙烧炉是以旋风筒为主体的大型热炉窑，它除了有对耐火材料要求不太高的低温旋风筒外，还有三个中温旋风筒，两个高温旋风筒，而其工艺特点决定了对耐火材料有以下要求：(1)耐火度要高：根据主炉温度高的特点，要求耐火材料在1200℃时具有不易熔化的特点，所选择耐火材料的耐火度必须达到1400℃以上，才能在带负荷时满足GSC要求；(2)高温结构强度要大：GSC主要由直径大小不同的圆柱形带锥体旋风筒组成，内衬既受砌筑体的荷重力也受热应力的作用，因此要求内村材料有较高的结构强度(即抗压强度)和抗蠕变能力；(3)热震稳定性要好：GSC在操作过程中，由于负荷的频繁变化或由于煤气中断、物料供应不上和其他机械故障而导致紧急停炉，造成温度迅速降低并引起各旋风筒温度分布不均匀，内衬内部会产生热应力而导致破裂和剥落。因此，内衬材料应具有抵抗这种破损的能力；(4)高温体积稳定性要好：GSC在长期高温运行过程中，内衬会产生收缩或膨胀，造成损坏。这就要求内衬材料烧成后线变化率要小；(5)耐磨损能力要强：GSC各旋风筒气流速度高达4～20m/s，气体携带的物料AI(OH)3都是粉状磨料，易造成对内村的冲刷，引起内衬剥藩，因而GSC内衬必须有较强的抗冲刷耐磨能力。一般认为耐火砌筑体密度越大，耐磨性能越好；(6)外型尺寸规整，公差要小：光滑的内衬表面不仅有利于GSC气体流动，减小压力损失，而且可以减小旋风筒内气流对内衬的冲刷[9]。4．不定形耐火材料的发展展望不定形耐火材料作为耐火材料工业的一个重要分支，因其产品不可比拟的优势越来越得到人们的重视。纵观数十年来不定形耐火材料的发展历程心。，总结不定形耐火材料今后的发展趋势和方向如下[10]：(1)更多使用人工合成原料。可能引入纳米材料，以改善材料的流变性能，从而提高施工性能和使用性能。(2)粒度级配方面更关注于理论计算，逐渐取代单靠经验配料的方法，而且将关注所用原料的颗粒形态。(3)开发各种特殊使用要求的添加剂。(4)不定形耐火材料的功能化、制品化，将开发更多、更复杂的预制件材料。(5)开发多功能化、机器人施工机具，向省工、省时、省力、简便的施工工艺发展。(6)快速烘烤技术的研究，使构筑好的衬体可快速烘烤，甚至不烘烤而直接使用。(7)新的试验方法和产品的标准化和系列化。(8)氧化物和非氧化物的复合材料，碳化硅、氮化硅、各种形式的碳等将在不定形耐火材料中得到越来越广泛的应用[11]。参考文献：[1].王维邦.耐火材料工艺学[M].冶金工业出版社，1994，第2版[2].韩行禄.不定形耐火材料[M].冶金工业出版社，2003，第2版[3].黄朝晖，吴小贤，刘艳改等.微粉在不定形耐火材料中的应用与展望[J].中国粉体工业，2009，21－27[4].向涛.铝溶胶的制备及其在刚玉质浇注料中的应用研究[D].武汉科技大学，2008[5].李再耕.不定形耐火材料的制备技术与应用技术走向[J].洛阳工业高等专科学校学报，2002，12（1）：146－154[6].付玄升，姬建营.不定形耐火材料在精炼钢包永久层上的应用[J].中国冶金，2006，16（11）：24－26[7].臧剑波，刘丽聪.浅谈预分解窑不定形耐火材料的使用[J].新世纪水泥导报，2010，（1）：29－30[8].闵富元.不定形耐火材料在热电联产工程中的应用与发展[J].冶金工业，2