不定形耐火材料论文_不定形耐火材料的发展

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不定形耐火材料论文

摘要：耐火材料的选取因素，除价格之外，还需考试以下因素：较长的使用寿命；较好的保温效果；较简易的砌筑方式和较快的砌筑速度；维修速度快。耐火喷涂料的使用经验证明其具有以上优点，使用企业节能降耗、挖潜增效明显。本文论述新型不定形耐火材料发展、开发、应用及显着的社会经济效益。

关键词：不定形耐火材料

发展

应用

不定形耐火材料又称散装耐火材料，由散装颗粒及细粉组成，使用前无需烧成也无需成形。它可以根据需要，灵活地改变材料的组成性质和工艺，如耐火材料的成份和粒度;结合剂的种类及添加量;外加剂(如增塑剂、促硬剂、缓硬剂、减水剂等)的选择和调节和施工方法(浇注、捣打、喷涂、投射、可塑施工等)的多样化，使耐火材料的砖体形状向大形化、异形化和整体化结构发展了一大步，被称为第二代耐火材料。

不定形耐火材料是高温窑炉工业耐火内衬技术应用中的重要基础材料之一。耐火浇注料是不定型耐火材料中的重要一种，它的重要特点是供货周期短，不受设备形状限制，不经预先煅烧、松散状混合物配以相适应的锚固件现场成型烘烤后即可直接使用的耐火材料。用耐火浇注料可做成无接缝的衬体，亦称整体耐火材料。高铝质浇注料、高铝低水泥浇注料、钢纤维耐磨浇注料、刚玉质浇注料等不定形耐火材料在水泥窑的内衬设计中得到了广泛的应用，多年来运行于不同部位的热工设备的耐火层。近几年，不定形耐火材料不断发展，许多耐火材料企业研发出新产品。随着水泥窑产量的不断增大，新设备的应用，建窑时间短，有些特定的部位，内衬磨损非常严重，为满足生产需要，在水泥窑内衬设计中开发研制了浇注料预制块。依据不同的工艺要求在不同的部位，不定形耐火材料与浇注料预制块配合使用，更适应水泥窑炉生产需要。而我国耐火材料的消耗量仍维持在先进国家20世纪70年代的水平。

1.不定形耐火材料的分类 1.1浇灌料

一种加水搅拌后具有较好流动性的材料。成型后需经过适当养护，使其凝结、硬化，按一定制度烘烤后便可使用。浇灌料以硅酸铝质熟料、刚玉质材料或碱性耐火熟料为骨料；轻质浇灌料以膨胀珍珠岩、蛭石、陶粒、氧化铝空心球为骨料。结合剂用铝酸钙水泥、水玻璃、硅酸乙酯、聚合氯化铝、粘土或磷酸盐等。外加剂视使用情况而定，其作用在于改善施工性能和提高理化性能。

浇灌料的施工成型方法有震动法、泵注法、压注法、喷射法等。用浇灌料作整体衬里，往往还要与金属或陶瓷锚固件配合使用。如再加不锈钢纤维增强，可提高其抗机械振动和抗热震能力。浇灌料用作各种热处理炉、矿石焙烧炉、催化裂化炉、转化炉等的内衬，也用作熔炼炉和高温熔体流槽的内衬，如铅锌熔化炉、锡槽、盐浴炉、出钢或出铁槽、盛钢桶、钢水真空循环脱气装置吸嘴等。

1.2可塑料

具有可塑性的泥料或泥坯。施加适当外力时，容易变形而不开裂；应力消除后，不再变形。可塑料材质有半硅质、粘土质、高铝质、锆英石质、碳质等，也有轻质可塑料。可塑料必须加入塑化材料，塑化材料多半为高可塑性粘土，还可用增塑剂提高这种粘土的可塑性。增塑剂有羧甲基纤维素、糊精、木质素磺酸盐等。可塑料所用的结合剂有可塑粘土、磷酸、磷酸二氢铝、硫酸铝等。加磷酸或磷酸盐结合剂的氧化铝质可塑料，保存过程中会与氧化铝发生化学反应，生成不溶性的正磷酸铝而使泥料硬化，因此要加保存剂，如草酸、柠檬酸、乙酰丙酮等。

施工方法一般采用捣打法或震动法。用可塑料修筑整体炉衬时，必须配置金属或陶瓷锚固件。可塑料用作均热炉、加热炉、锅炉等热工设备的内衬，还用于包扎加热炉水冷管。

1.3喷补料

以喷射机进行喷补或喷涂用的一种耐火混合料。按喷补方法可分为湿法喷补（或称泥浆法喷补）、半干法喷补和火法（火焰）喷补。湿法喷补借助压缩空气喷送含有20～40%耐火粉料的泥浆，可以达到较高的雾散，附着率高，可进行较均匀的薄层喷补。半干法喷补是在喷头处加水润湿由压缩空气喷送的耐火粉料，加水量为11～14%,附着率较低,可进行较厚层的喷补。火法喷补属于干法喷补,把喷补料送到燃料-氧气喷枪的火焰中，喷补料在喷嘴火焰中部分熔化而附着在砖衬上。喷补料材质有铝硅质、铝硅锆质、镁质、镁钙质、镁铬质等。所用的结合剂有硅酸钠、磷酸盐、聚磷酸盐、沥青、树脂等。为了提高附着率，加有粘土、澎(膨)润土、石灰等加入物。为了保证喷补料能达到良好烧结，还加入助烧结剂，如蛇纹石、纯橄榄石、石灰、耐火粘土、氧化铁等。

1.4耐火涂料

涂覆于耐火砖衬上的材料。根据使用要求和施工方法的不同，耐火涂料有配制成泥膏状和泥浆状等形态。所用结合剂因材质而异，如配制连铸中间包用碱性涂料磷酸盐、聚磷酸盐、硫酸镁；配制高铝质涂料则用粘土、磷酸二氢铝、铝铬磷酸盐、水玻璃等。为了提高涂料的涂抹性，一般要加增塑剂等外加剂。涂料主要用作各种热工设备内衬的保护涂层，或用于修补砖衬局部损坏处。

1.5捣打料

一种可塑性极低或不具有可塑性的散状耐火材料。材质有硅质、粘土质、高铝质、刚玉质、锆英石质、碳化硅质、碳质、镁质等。根据捣打料材质和使用条件，可采用与浇灌料相似的无机结合剂或有机结合剂，如水溶性的糊精、羧甲基纤维素、木质素、磺酸盐、聚乙烯醇；抗水而具有热可塑性的石蜡、沥青、焦油、酚醛树脂、无规聚丙烯等。

捣打料采用强制捣打施工，气孔率较低，密度较高，因此，在不定形耐火材料中，捣打料特别适于作熔炼炉炉衬和盛高温金属熔液的各种容器的衬里。如平炉和电炉炉床、各种感应炉炉衬、高炉出铁沟、盛钢桶等。

1.6投射料

一种半干状的、用投射机投射筑衬的泥料。主要用于修筑整体盛钢桶内衬。材料有硅质、蜡石质、粘土质、高铝质和锆英石质等。使用较多的是高硅质和高铝质投射料。

2.不定形耐火材料的应用 2.1浇注料预制块的特质

浇注料预制块只需在较低温度下热处理，是低碳和绿色耐火材料，是耐火内衬技术中的一个独特的技术。可提高耐火内衬的使用性能，降低耐火材料消耗量，质量稳定、性能可靠。我们知道在浇注料中加入钢纤维其目的是提高浇注料的机械性能，抑制裂纹的产生或在形成裂纹时限制其扩展。图4是用钢纤维浇注料等耐火材料，应用特殊的工艺制成的浇注料预制块的样品图。根据工艺部位及需要做成一定形状，脱模后依据其工况条件进行热处理。

浇注料预制块比通常的相应浇注料具有更佳的应用性能以及带来的施工优越性。其主要特点在于：（1）耐压强度高 与通常产品相比，浇注料预制块有较高的耐压强度，提高约2倍。（2）抗热震性好 浇注料预制块的抗热震性能改进8～10倍。（3）耐磨损性优 浇注料预制块的耐磨损性优于同材质的超低水泥浇注料。（4）节省砌筑时间，无需现场浇注，无需支设与拆卸模具，无需施工机具。成型件发往现场，只需现场安装组合，方便快捷。大量减少了现场施工工序时间，而且质量稳定，不受现场施工条件和人为因素限制，由供货方对生产提供有效保证。（5）节省养护、烘烤时间 在交货时已在供货方提前完成了浇注、养护、干燥和烘烤各个环节，节省了大量的养护、烘烤过程时间，有效地解决了现场急于点火快速升温而导致的浇 注料料炸裂问题，方便用户使用。（6）不受环境温度限制 水泥窑在世界范围内不同国家、不同季节，温差范围较大。现场施工时，有的国家高温达43℃～48℃，而有的国家低温可达零下30℃以下。我国从南方到北方温差也较大，而浇注料的施工受环境温度的限制，在温度出现过度波动时，为使施工正常进行，保证施工质量，均需采用适当的人工控制措施。浇注料预制块可在任意环境下安装。（7）便于更换拆装 在实际生产中更换非常方便，哪一块预制块损坏可直接更换损坏件，就象更换设备零件一样，可在很短的时间内完成更换，实现即时更换即时点火的愿望。（8）更长的储存期 不定形耐火材料通常储存期较短，在干燥的条件，也只有几个月，而预制块则大大延长了储存期，预计可达几年。（9）更长的使用寿命 不定形耐火材料的使用性能，受现场施工条件及人为因素影响较大，如加水量过大，其现场的实际表现为气孔率增大，强度降低，或振捣不到位引起强度降低等，影响使用寿命。而预制块则克服了上述不足，预计寿命提高2～3倍，节省投资，节能环保。美国的Whahl耐火材料供应商，通过系列的试验提出，预制块的抗冲击性方面比普通材料提高了10倍，耐磨损性优于相同级别的超低水泥材料。目前我国有的耐火材料企业将浇注料提前预浇到窑口护板上，经低温烘烤后，发往现场，直接安装生产，使用寿命大于2年。2.2不定形耐火材料在高炉上的应用

高炉是炼铁的一种重要设备.小型高炉曾采用高铝水泥和磷酸高铝质耐火烧注料预制块吊装砌筑,现在普遍采用树脂结合剂铝碳不烧砖砌筑.大型高炉水冷壁用SiC浇注料捣制、炉底垫层和周围砖缝则用耐火浇注料和氮化硅质填料.而其炉墙用耐火材料的一个发展趋势是采用浇注料.日本钢管公司福山厂2号高炉在炉身上部使用了一种Al2O350%,SiO245%的高密度浇注料,经过6年使用,发现很少发生剥落现象.目前,国内外用于高炉出铁沟的不定形耐火材料主要为Al2-O3-SiC-C(简称ASC)质,此外还有莫来石-SiC-C质,Al2O3-C质,镁铝尖晶石等类型.我国主要使用刚玉-SiC系浇注料.日本现在绝大部分高炉出铁沟都使用ASC浇注料和修补用喷补料,部分小高炉出铁沟使用矾土或合成莫来石-SiC-C质捣打料.德国、法国的高炉出铁沟一般也使用ASC质捣打料.最近法国研制出了自流浇注料,使主出铁沟工作衬寿命得到提高。

2.3不定形耐火材料在钢包上的应用

出钢温度的提高和钢液在钢包中停留时间的延长,使钢包用耐火材料发生了很大的变化.钢包曾以定型耐火材料为主体,现被不定形耐火材料替代.钢包的不定形化既可以省力,又能实现工厂自动化施工和干燥,提高整体的经济性.钢包侧墙为不定形时,其维修作业工时可省力40%,钢包内衬全是不定形时,省力效果则为70%.由于Al2O3-尖晶石浇注料有抗蚀性好,结构剥落小,使用寿命长及可改善钢的质量等优点,使它成为当前钢包用耐火材料的主要角色.但它的使用受到温度和钢水停留时间的限制,日本Kawasa-ki公司开发的Al2O3-MgO浇注料,其材料强度和抗渣渗透性有了提高,寿命也比Al2O3-尖晶石浇注料提高20%.目前,在钢包上试用镁质耐火浇注料和铝镁碳质耐火浇注料,也初见成效。

2.4不定形耐火材料在有色冶金中的应用

炼铝反射炉是铝厂耐火材料消耗大户.炉缸用耐火材料已经从砖砌变为整体结构.与炉缸热面金属接触的耐火材料通常为酸盐结合的可塑料、磷酸盐结合砖以及低水泥浇注料,下部侧墙的热面耐火材料组成通常与炉缸相同,隔热材料可用轻质隔热浇注料、隔热粘土砖或陶瓷纤维等;炉顶材料通常为捣打料、烧注料等优质耐火材料;炉门通常用致密浇注料或轻质浇注料,亦可用二者的混合料进行浇注.电解炼铝中,不定形耐火材料主要用在了盛铝桶上.盛铝桶用耐火材料要求能耐铝水的侵蚀,能承受急冷急热的作用和保温性能好.盛铝桶非工作衬一般采用轻质浇注料或轻质高铝砖.如果盛铝桶中的铝液要放置很长的时间,通常采用隔热浇注料,以止铝液在运送过程中凝固.现在为了减轻罐体的自重,加强保温效果,非工作衬采用氧化铝空心球耐火浇注料.工作衬一般采用含SiO2低的高铝砖砌筑,现在有的罐体采用刚玉质耐火浇注.在炼铜工业中,因为CuO作为炉渣的组成部分侵蚀性很强,故粗炼炉中广泛采用碱性耐火材料.如反射炉、转炉、闪速炉及回转阳极炉的各部分均采用碱性的镁铬砖或者以MgO为基质的碱性捣打料,尤其是维修补炉时用.精炼部分由于渣量和温度均下降,则可用浇注料、可塑料、喷涂料和高铝砖等硅酸铝质耐火材料.3.不定形耐火材料的发展

不定形耐火材料是以耐火浇注料为基础而拓展的。早在1918年法国已开始销售铝酸盐水泥，一般认为在1925年欧美国家才以铝酸盐水泥作为耐火浇注料的结合剂，在第二次世界大战时期，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。日本在1955年开始生产不定形耐火材料。到1960年美、日、联邦德国不定形耐火材料分别占耐火材料产量的12.6％、1.6％和1.6％。1966～1975年不定形耐火材料在工业发达国家实现了品种系列化，质量稳步提高、产量显著增长，1980年以前，美、日、联邦德国的不定形耐火材料产量已分别提高至37.1％、31.7％和36.8％，大致占耐火材料产量的三分之一或稍多一些。20世纪80年代以后，工业发达国家耐火材料产量逐步有所下降，而不定形耐火材料产量并无太大变化，因而不定形耐火材料产量比率相应提高，如以日本为例：1976～1985年耐火材料产量从270万t左右降至200万t左右，而其中不定形耐火材料始终维持在90万t左右，其比率从34％提高到44％。美国不定形耐火材料的比率已达到50％，西欧共同体为35％。到90年代初，不定形耐火材料的产量已接近烧成耐火制品的产量，在耐火材料行业促成了巨大的变化，这也说明了不定形耐火材料的迅速发展。不定形比率的增大,一方面是不定形耐火材料有可与耐火砖相匹敌或者胜过其耐用性的性能,另一方面则是耐火喷涂料和修补料的发展.喷补料是修补冶金炉的主要材料,利用喷补料对炉衬进行修补,提高炉衬寿命,结果造成耐火砖单耗减少,不定形修补材料单耗增大.随着不定形耐火材料的发展,其品种发生了很大的变化.可塑料、捣打料、投射料因劳动强度较大,施工速度慢,近年来其产量显着减少.相反,质量好、施工易于自动化的浇注料、喷补料却明显增加.近年来日本浇注料增长约25%,喷补料增长约15%,而可塑料和捣打料则下降41%和58%.可见,今后耐火材料的发展重点是:加速开发高效浇注料在高温领域的应用(主要是低水泥和超低水泥浇注料及其预制块);研究开发全干振动料、火焰喷补料和高性能涂料;研究改进喷补修补法和施工法的机械化、自动化.参考文献：

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