重點(diǎn)不定形耐火材料基礎(chǔ)知識(shí)

目 錄第一章 不定形耐火材料基礎(chǔ)知識(shí)21.1 不定形耐火材料的定義21.2 不定形耐火材料的分類(lèi)21.3 不定形耐火材料的特點(diǎn)和工藝流程4第二章 原材料及其要求6第一節(jié) 耐火骨料和粉料62.1.1 作用與要求62.1.2 幾種重要骨料7第二節(jié) 不定形耐火材料用的結(jié)合劑 162.2.1 概述162.2.2 暫時(shí)性結(jié)合劑182.2.3 碳素結(jié)合劑192.2.4 鋁酸鹽水泥202.2.5 硅酸鹽結(jié)合劑232.2.6 磷酸及磷酸鹽結(jié)合劑25第三節(jié) 不定形耐火材料的添加劑 272.3.1 概述272.3.2 減水劑282.3.3 鋁酸鹽水泥結(jié)合用的減水劑302.3.4 不定形耐火材料用的分散劑302.3.5 不定形耐火材料用促凝劑和緩凝劑32第三章 耐火材料的組成和性質(zhì)363.1 不定形耐火材料的化學(xué)礦物組成363.2 不定形耐火材料的組織結(jié)構(gòu)383.3 不定形耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性393.4 不定形耐火材料的力學(xué)性質(zhì)403.5 不定形耐火材料的高溫使用性能423.6 不定形耐火材料的施工性質(zhì)44第一章 不定形耐火材料基本知識(shí)1.1不定形耐火材料的定義 不定形耐火材料：不定形耐火材料是由耐火骨料和粉料、結(jié)合劑或另?yè)酵饧觿┮砸欢ū壤M成的混合料，能直接使用或加適當(dāng)?shù)囊后w調(diào)配后使用。即該料是一種不經(jīng)過(guò)煅燒的新型耐火材料，其耐火度不低于1580。骨料：指粒徑大于0.088mm的顆粒料，它是不定形耐火材料組織結(jié)構(gòu)中的主要材料，起骨架作用，它決定了不定形耐火材料的物理力學(xué)和高溫性能，也是決定材料屬性及應(yīng)用范圍的重要依據(jù)。粉料：也稱細(xì)粉，指粒徑小于0.088mm的顆粒料，它是不定形耐火材料組織結(jié)構(gòu)中的基質(zhì)之一，在高溫下起連接骨料的作用，使之獲得物理力學(xué)和使用性能。細(xì)粉能填充骨料的孔隙，賦予或改散不定形耐火材料的作業(yè)性能及致密度。結(jié)合劑：指能使耐火骨料和粉料膠結(jié)起來(lái)顯示一定強(qiáng)度的材料。結(jié)合劑是不定形耐火材料的重要組份，可用無(wú)機(jī)、有機(jī)及其復(fù)合物等材料，其主要品種有水泥、水玻璃、磷酸、溶膠、樹(shù)脂、軟質(zhì)粘土和某些超微粉等。添加劑：是強(qiáng)化結(jié)合劑作用和提高基質(zhì)相性能的材料。它是耐火骨料、耐火粉料和結(jié)合劑構(gòu)成的基本組份之外的材料，故也稱外加劑。如增塑劑，促凝劑，緩凝劑，助燒結(jié)劑，膨脹劑等。另外，對(duì)粉料中很細(xì)的部分分別規(guī)定：粒徑中小于5m的是微粉；粒徑中小于1m的是超微粉。1.2不定形耐火材料的分類(lèi)表1-1不定形耐火材料按結(jié)合劑品種的分類(lèi)結(jié)合劑不定形耐火材料種類(lèi)結(jié)合劑舉例膠結(jié)形式硬化條件無(wú)機(jī)水泥硅酸鹽水泥、高鋁水泥、鋁60水泥、純鋁酸鈣水泥、鋇水泥、白云石水泥等水合水硬性化合物水玻璃、磷酸、磷酸鹽、鹵水等化學(xué)聚合氣硬、熱硬粘土軟質(zhì)粘土凝聚水合氣硬、熱硬超微粉活性氧化硅、氧化鋁凝聚水合氣硬、熱硬有機(jī)紙漿廢液、焦油瀝青、酚醛樹(shù)脂化學(xué)粘附氣硬性復(fù)合軟質(zhì)粘土與高鋁水泥等水合凝聚氣硬性表1-2按施工制作方法的分類(lèi)名稱特性施工方法施工設(shè)備澆注料具有較好的振動(dòng)流動(dòng)性澆注振動(dòng)臺(tái)、振動(dòng)器、人工可塑料具有較好的可塑性搗打搗固機(jī)、風(fēng)鎬、人工搗打料半干性搗打搗固機(jī)、風(fēng)鎬、人工噴涂料流動(dòng)性、粘附性、快凝性噴射噴射（火法、濕法、半干法）涂抹料流動(dòng)性、粘附性涂抹涂抹機(jī)、人工投射料粘附性、快速凝固性甩砂、拋砂甩砂機(jī)、拋砂機(jī)、人工壓入料流動(dòng)性、泵送性壓入泥漿泵火泥流動(dòng)性、粘結(jié)性涂抹人工表1-3按耐火骨料的品種分類(lèi)耐火骨料不定形耐火材料品種材料舉例主要化學(xué)成分，主要礦物高鋁質(zhì)礬土熟料、剛玉Al2O3 50-95莫來(lái)石、剛玉粘土質(zhì)粘土熟料、廢磚Al2O3 30-55莫來(lái)石、剛玉半硅質(zhì)硅質(zhì)粘土、臘石SiO265,Al2O390鱗石英、方石英鎂質(zhì)鎂砂MgO87方鎂石其它碳化硅SiC50碳化硅鉻渣Al2O375,Cr2O38鋁鉻尖晶石多孔熟料Al2O335莫來(lái)石、方石英頁(yè)巖、陶粒SiO290方石英1.3不定形耐火材料的特點(diǎn)和工藝流程1.3.1不定形耐火材料的特點(diǎn)總結(jié)如表1-4：表1-4 不定形耐火材料的特點(diǎn)項(xiàng)目?jī)?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)工藝流程流程短、成品率高、供應(yīng)及時(shí)、熱耗低、勞動(dòng)強(qiáng)度小標(biāo)準(zhǔn)缺乏、檢驗(yàn)方法不全產(chǎn)品性能整體性好、抗熱震性強(qiáng)性能易波動(dòng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)投資少、建設(shè)期短、占地少、見(jiàn)效快開(kāi)發(fā)應(yīng)用周期短、更新快使用性能適應(yīng)性強(qiáng)、處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)、便于修補(bǔ)不便于拆毀1.3.2不定形耐火材料的工藝過(guò)程如下圖：原材料摻和料耐火材料分級(jí)物料結(jié)合劑 性 能 調(diào) 試 混 練粉料攪拌水流動(dòng)性流動(dòng)性半干性可塑性 成品預(yù)制件泥料可塑料搗打料噴涂料澆注料耐火泥涂抹料施工燒成并交付使用耐火廠成型干燥現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)干燥現(xiàn)場(chǎng)燒成圖1-1 不定形耐火材料的生產(chǎn)工藝流程圖第二章 主要原材料及其要求不定形耐火材料的原材料分為耐火骨料、耐火粉料、結(jié)合劑和外加劑。采用不同性質(zhì)的原材料，可配制成不同的性能、使用溫度和使用范圍的不定形耐火材料。現(xiàn)代的不定形耐火材料，一般采用復(fù)合的原材料，充分發(fā)揮其各自的特性，以便獲得最佳的理化性能，提高產(chǎn)品的使用壽命。不定形耐火材料的物料構(gòu)成圖如下：添加劑水分散體添加劑結(jié)合劑摻合物細(xì)粉基質(zhì)分散質(zhì)骨 料 不定形耐火材料圖2-1 不定形耐火材料的物料構(gòu)成圖第一節(jié) 耐火骨料和粉料2.1.1作用與要求在不定形耐火材料中，耐火骨料用量一般為6373，起骨架作用，能顯著影響其性能；耐火粉料用量為1537，起填充骨料空隙和改善施工和易性等作用。有些耐火粉料，如粘土和超微粉等，還是良好的結(jié)合劑。其理想的顆粒級(jí)配是粗骨料所造成的空隙恰被細(xì)骨料所填滿，二者間的空隙又被耐火粉料所填充，達(dá)到最大的堆積密度，以便獲得最佳的性能。耐火骨料分為粗骨料和細(xì)骨料。一般顆粒尺寸大于5mm的為粗骨料；5mm-0.088mm的顆粒稱為細(xì)骨料。骨料臨界粒度根據(jù)施工制作方法不同而制定，如表2-1所示。目前，耐火骨料臨界粒度有減小的傾向，一般用8mm或5mm，泵送料為3mm。表2-1 耐火骨料的臨界粒度成型方法振動(dòng)噴涂搗打泵送料臨界粒度/mm1010-510-55-32.1.2幾種重要的耐火骨料氧化鋁質(zhì)耐火原料表2-2 不同骨料的主要性能表組成、性能骨料種類(lèi)Al2O3%Fe2O3 %TiO2%CaO%SiO2%(Na2O+k2O)%體積密度g/cm3總氣孔率燒結(jié)剛玉995010090080050133610板狀剛玉998005005010423588棕剛玉93814090527358電熔棕剛玉93210301311035375白剛玉993016014008025368礬土熟料88516400455030349燒結(jié)莫來(lái)石7210500300323402827512表2-2列出了幾種氧化鋁質(zhì)骨料的主要性能。其中剛玉的成分為Al2O3，硬度為9，熔點(diǎn)為2050。剛玉具有高的熱導(dǎo)性和電絕緣性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和抵抗還原劑作用的能力。它是用工業(yè)氧化鋁或鋁土礦經(jīng)燒結(jié)或電熔后而制成的。當(dāng)用工業(yè)氧化鋁電熔時(shí)，得到的是白色剛玉，Al2O3含量大于98.5%；當(dāng)用鋁土礦作原料時(shí)，則獲得普通剛玉，Al2O3含量為91-93%，經(jīng)處理后，Al2O3含量大于97%；當(dāng)添加鐵屑時(shí)，可生產(chǎn)棕剛玉；當(dāng)添加鋯英石時(shí)，則得到鋯剛玉。即剛玉可分為燒結(jié)剛玉和電熔剛玉兩大品種，又可分為白剛玉、棕剛玉、鋯剛玉和鉻鋼玉。電冶礬土剛玉以礬土為原料，通過(guò)電熔還原脫出SiO2、Fe2O3、TiO2等雜質(zhì)制得，較電熔白剛玉成本低。組織結(jié)構(gòu)致密，體積密度高，骨料吸水量少，且成型時(shí)骨料間移動(dòng)阻力小，故表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性能。采用電冶礬土剛玉和白剛玉制得的澆注料均有較好的微膨脹性能。高溫階段，以電冶礬土剛玉制得的澆注料體積密度重新增大，顯氣孔率下降，強(qiáng)度明顯增大，表明同白剛玉相比，電冶礬土剛玉能促進(jìn)高溫?zé)Y(jié)，主要是由于電冶礬土剛玉熔制過(guò)程中會(huì)殘留有少量雜質(zhì)。骨料組織結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)成分所形成的玻璃相對(duì)熱震穩(wěn)定性有較大影響。采用電熔白剛玉為骨料時(shí)，熱震后澆注料抗折強(qiáng)度降低率最小，顯氣孔率變化較小，表明熱震后，材料中形成的裂紋較少，熱震穩(wěn)定性較好。以電冶礬土剛玉為骨料時(shí)，澆注料熱震穩(wěn)定性有所下降。與電熔白剛玉相比，電冶礬土剛玉結(jié)構(gòu)致密，晶粒粗大、晶界少，且晶界處分布著一定量的含鈦碳氮化合物，這類(lèi)非氧化物的存在有利于阻止CaO-SiO2-FeO系熔渣的滲透及渣的反應(yīng)。用該材料制備的澆注料在高堿度熔渣環(huán)境下，采用電冶礬土剛玉制得的澆注料表現(xiàn)出優(yōu)良的抗渣侵蝕和滲透性能。國(guó)外耐材99NO.3P17棕色板狀剛玉：棕色板狀剛玉是一種介于高純白色板狀剛玉和低純燒結(jié)礬土之間的棕色板狀剛玉(BTA)，它是通過(guò)高溫液相燒結(jié)控制構(gòu)成莫來(lái)石基質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)所研制的唯一產(chǎn)品。與棕色電熔氧化鋁相比，該骨料具有高化學(xué)純度、高抗侵蝕性、低氣孔率、高抗熱震性及很好的體積穩(wěn)定性，而且可以極好地控制其顯微結(jié)構(gòu)，具有良好的抗渣及化學(xué)侵蝕性能，如表2-3所示。表2-3 棕色板剛玉與棕色電熔氧化鋁的性能比較名稱體積密度g/cm3顯氣孔率熔錐比值(標(biāo)準(zhǔn))重?zé)€變化(15801h)Al2O3%SiO2%Fe2O3%光學(xué)顯微分析顆粒大小m棕色板狀剛玉3.53.0+38+1.5941.61.3主要為中等棕色剛玉晶體及微量玻璃25棕色電熔氧化鋁3.62.0+38-0.5951.30.8大剛玉晶體及大量空隙，玻璃相和內(nèi)部顆粒之間有空隙100板狀剛玉：板片狀晶體結(jié)構(gòu)，氣孔小且閉氣孔較多而氣孔率與電熔剛玉大體相當(dāng)，純度高，體積穩(wěn)定性好，極小的重?zé)湛s，用以生產(chǎn)的耐材或澆注料高溫處理后具有良好的熱震穩(wěn)定性和抗彎強(qiáng)度，但價(jià)格較其它氧化鋁高。燒結(jié)剛玉：就是氧化鋁在17501800下燒結(jié)，使其轉(zhuǎn)化為剛玉。其純度比板狀剛玉略低，具有體密大、氣孔率低、高溫下有極好的抗熱震性和抗?fàn)t渣侵蝕性，晶粒強(qiáng)度高，燒結(jié)剛玉強(qiáng)度的變化取決于Al2O3的含量、燒結(jié)溫度和顯微結(jié)構(gòu)，并且這些相的變化給氣孔率及燒結(jié)晶體楊氏模量帶來(lái)影響。電熔剛玉：其顆粒（晶體）結(jié)構(gòu)均勻，剛玉晶體發(fā)育良好，具有高熔點(diǎn)和高的耐火度，高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐磨性良好，但是有較高的縮孔。由于外部作用等問(wèn)題，玻璃物質(zhì)通過(guò)起始晶胚晶化后產(chǎn)生顯微結(jié)構(gòu)不均勻。BFA的玻璃矩陣使得晶體脆化，所以，要求熱震性能高的應(yīng)用范圍不適用。燒結(jié)棕剛玉：實(shí)際上就是燒結(jié)剛玉的一種變體，即通過(guò)液相燒結(jié)控制微觀結(jié)構(gòu)而生成的一種剛玉。它硬度非常大，并且具有較高的熱導(dǎo)性?？?fàn)t渣侵蝕性能比燒結(jié)剛玉差一些。由于氣孔率低，使橫向彎曲斷裂強(qiáng)度得到了提高。晶體在燒結(jié)后強(qiáng)度也有所提高，燒結(jié)后強(qiáng)度增大是由于細(xì)小晶粒的晶體內(nèi)氣孔存在所至，這種微觀結(jié)構(gòu)不均勻的缺陷使得抗熱震性能提高。重新加熱改變這些晶粒是有益的，使得在高溫下具有很好的體積穩(wěn)定性。礬土熟料：天然鋁礬土在14001800溫度范圍內(nèi)煅燒后而得到的，冶金部頒布的對(duì)高鋁礬土熟料的質(zhì)量要求如表2-4。鋁礬土原料豐富、價(jià)格低廉；鋁礬土中堿性物質(zhì)、TiO2和鐵的含量不同地影響著其燒結(jié)性能，影響著最終制品的可縮性和抗渣侵蝕性。莫來(lái)石的含量和低玻璃相組成對(duì)礬土有著良好的抗熱震性。玻璃相和莫來(lái)石相百分比對(duì)制品的膨脹和收縮有影響，雜質(zhì)含量高，抗?fàn)t渣侵蝕性就差，因此，在爐渣、金屬交界面上剝落程度嚴(yán)重。 隨著熱處理溫度的提高，用礬土骨料制得的澆注料，體積密度明顯增大，顯氣孔率迅速下降，呈現(xiàn)較大的收縮。主要由于礬土熟料中雜質(zhì)成分SiO2、Fe2O3、TiO2等在高溫階段液相生成量增大，對(duì)澆注料的高溫性能有較大影響。表2-4 冶金部高鋁礬土熟料YB2212-82標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo) 等級(jí) 化學(xué)成分（）耐火度（）體積密度（g/cm3）Al2O3Fe2O3CaO特級(jí)高鋁852.00.617903.00一級(jí)高鋁803.00.617902.80二級(jí)高鋁甲70803.00.817902.65乙60703.00.817702.55三級(jí)高鋁50602.50.817702.45莫來(lái)石：莫來(lái)石一般由人工合成，它具有純度高、密度大、組織結(jié)構(gòu)好、蠕變率低、熱膨脹小和抗化學(xué)侵蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在不定形耐火材料中，期望有二次莫來(lái)石化，以改善或提高其高溫性能。莫來(lái)石合成生產(chǎn)工藝有燒結(jié)法和電熔法。燒結(jié)莫來(lái)石是在高溫16001700下燒結(jié)礬土熟料和鋁硅酸鹽而形成的。由于內(nèi)部交錯(cuò)的斜方晶體存在，使其具有極小的熱膨脹。此種材料應(yīng)在要求熱震性良好和體積穩(wěn)定性好的部位使用。粘土質(zhì)耐火原料粘土質(zhì)原料即指耐火粘土，其Al2O3含量為20%-50%，耐火度大于1580。按鋁含量的高低，可分為高嶺土和膨潤(rùn)土。蒙脫石（Al2O34SiO26H2O）是膨潤(rùn)土的主要組份，對(duì)于可塑料，可使用蒙脫石含量較高的粘土，因其可塑性較好；而對(duì)于噴補(bǔ)料和搗打料，生產(chǎn)廠現(xiàn)在使用蒙脫石含量較低的粘土。粘土原料在可塑料、搗打料、噴補(bǔ)料和耐火泥漿的配方中起著重要作用。這些粘土提供作業(yè)性、粘附性并通過(guò)形成莫來(lái)石來(lái)提高耐火度。有時(shí)用藍(lán)晶石或硅線石原料調(diào)整配料的組成，以彌補(bǔ)粘土燒成時(shí)產(chǎn)生的收縮。根據(jù)粘土在水中的分散性和可塑性的不同，分為硬質(zhì)粘土和軟質(zhì)粘土兩大類(lèi)，介于二者之間的稱為半軟質(zhì)粘土。硬質(zhì)粘土多為高嶺石單礦物型的沉積粘土，間有迪開(kāi)石或水云母類(lèi)礦物伴生，在水中不易分散，可塑性較低。一般需經(jīng)煅燒成粘土熟料后，方可使用。粘土熟料又稱焦寶石熟料，由高嶺土與低檔鋁礬土混合并煅燒成高檔致密顆粒，這些顆粒致密、氣孔率低、耐火度高，氧化鋁含量為47%-70%，氣孔率為3%-6%。產(chǎn)品中嚴(yán)禁混入石灰石、黃土及其它高鈣、高鐵等外來(lái)夾雜物，同時(shí)也不得含有欠燒料。軟質(zhì)粘土主要是高嶺石型粘土，在水中易分散，有較高的可塑性和粘結(jié)性，在高溫下具有良好的燒結(jié)性。軟質(zhì)粘土一般不經(jīng)煅燒，烘干粉磨后即可使用，它是生產(chǎn)硅酸鋁質(zhì)磚的結(jié)合劑，也是不定形耐火材料的良好結(jié)合劑之一，因此稱為結(jié)合粘土。半軟質(zhì)粘土也是高嶺石型的，與軟質(zhì)粘土相比，其Al2O3含量較高，顆粒較粗，分散性和可塑性差些。它主要用作粘土熟料或細(xì)磨后作結(jié)合劑。硅質(zhì)原料不定形耐火材料中的二氧化硅包括石英、硅砂、硅藻土和熔融石英玻璃。硅砂最初用于盛鐵水和鋼水的容器?，F(xiàn)在，二氧化硅常常用于鋼包引流砂、耐火泥漿和某些特殊的可塑料，如出鐵口炮泥。熔融石英主要使用于焦?fàn)t用的澆注料和泵送料。含熔融石英的低水泥澆注料預(yù)制件也用于焦?fàn)t的修補(bǔ)。可泵送的熔融石英有優(yōu)于硅磚的物理性能和熱力學(xué)性能，它們具有較高的強(qiáng)度、低的熱膨脹和優(yōu)于硅磚的荷重變形能力。碳化硅俗稱金剛砂，是用焦炭和硅砂（SiO299.4%）的混合物在電弧爐中生成的，有時(shí)也加入鋸末和鹽或者其它結(jié)合劑。另外一種生產(chǎn)方法是將硅氣相沉積在加熱的石墨或碳的表面上生成碳化硅。其分子量為40.1，比重為3.2，分解溫度約為2500，具有高熔點(diǎn)，高硬度，高強(qiáng)度，高熱導(dǎo)性，低膨脹性和抗中性到酸性渣，是良好的耐火材料原料。商品碳化硅的組成范圍為含SiC90%99.5%，因雜質(zhì)而呈現(xiàn)綠、黑和黃等顏色。淺綠色碳化硅純度為99.8%，隨著純度降到99，其顏色變?yōu)樯罹G色，純度降到98.5時(shí)為黑色。純度99.5%的原料多用于磨料和耐火材料領(lǐng)域。高純的綠色碳化硅用于高性能陶瓷和加熱元件。在不定形耐火材料中，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同所使用的碳化硅純度也不同。碳化硅最常使用的領(lǐng)域是高爐出鐵場(chǎng)，這里使用低純度（90）碳化硅。較高純度的碳化硅（9798）用于熱電廠使用的搗打料、噴補(bǔ)料和可塑料。在澆注料和泵送料中，所遇到的主要問(wèn)題是碳化硅中金屬雜質(zhì)在使用時(shí)放出氣體。因而，在用于澆注料和泵送料前，通常測(cè)試碳化硅中的金屬雜質(zhì)。硅灰是生產(chǎn)硅鐵和硅產(chǎn)品的副產(chǎn)品。硅和硅鐵是在大的電爐內(nèi)于2000以上的溫度下還原生成。所用原料包括石英和碳（如煤、焦炭和木屑）。生產(chǎn)硅鐵時(shí)還要添加鐵原料。生產(chǎn)硅鐵所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：SiO22Cx Fe FexSi2CO然而，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程遠(yuǎn)比上述反應(yīng)復(fù)雜并包括許多副反應(yīng)。其中發(fā)生的兩個(gè)重要反應(yīng)如下：SiO2+2C Si+2CO （T1520）2SiO2+SiC3SiO+CO （T1800） 也就是說(shuō)，在生產(chǎn)過(guò)程中，碳化硅和不穩(wěn)定的一氧化硅起著重要的中間產(chǎn)物作用。2SiOO22SiO2這就是所謂的硅灰和硅微粉。所添加的1020的石英最終揮發(fā)形成二氧化硅，即硅灰。用肉眼觀察，硅灰為帶有顏色的細(xì)粉，顏色從白色到深灰色，這與硅灰中的碳含量有關(guān)，碳有幾種不同形式，如焦炭或煤、碳化硅、焦油和碳黑（可能是原料中揮發(fā)出的碳?xì)浠衔锏牧呀猱a(chǎn)物）。硅灰的顆粒呈圓形，平均顆粒直徑為0.15微米，尺寸范圍從0.020.45微米，比表面積為1520m2/g。表2-5 硅灰的化學(xué)組成。元素/化合物由硅金屬生產(chǎn) / %由75硅鐵生產(chǎn) /%SiO294988595C0.21.50.82.5K0.20.70.53.5Na0.10.30.21.5Mg0.10.40.52.5Ca0.050.30.10.5Al0.050.20.11.0Fe0.010.30.12.5Ti0.000.010.030.1P0.010.10.020.1S0.10.20.050.5普通硅灰的體積密度為150250kg/m3，也有的硅灰體積密度為500700kg/m3。致密硅灰有利于降低運(yùn)輸費(fèi)用，而且占用的儲(chǔ)存空間較小。但是這種硅灰在應(yīng)用時(shí)也易出現(xiàn)問(wèn)題，由于致密化的團(tuán)塊在混練過(guò)程中不易分散成單個(gè)顆粒，因此降低了預(yù)期的流變性能。近十年來(lái)，由于市場(chǎng)上硅灰的需求猛增，有些硅灰已作為主導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)，而不再是副產(chǎn)品。硅灰的顏色為白色，它的純度較高且成分比較穩(wěn)定。當(dāng)然，其成本明顯高于普通硅灰。由于表面沒(méi)有雜質(zhì)，這種硅灰顯示出良好的流變性能，特別是在自流澆注料的配方中。鎂質(zhì)耐火材料鎂質(zhì)類(lèi)原料有鎂砂、白云石、鎂橄欖石和蛇紋石等，均屬堿性，故稱堿性耐火原料。鎂砂分為燒結(jié)鎂砂和電熔鎂砂兩大類(lèi)，又分為普通鎂砂和優(yōu)質(zhì)鎂砂；根據(jù)原料不同，分為鎂石鎂砂、海水鎂砂和鹽湖鎂砂。鎂砂由精選后的菱鎂石礦物（MgCO3）煅燒來(lái)生產(chǎn)，或從海水或鹵水中提取合成。天然存在的菱鎂石常常伴有白云石、滑石、氯化物、蛇紋石、云母、黃鐵礦和磁鐵礦。從海水和鹵水中合成鎂砂最重要的過(guò)程是在鎂鹽溶液中添加強(qiáng)堿物質(zhì)（燒結(jié)石灰石和燒結(jié)白云石）從而析出氫氧化鎂沉淀。析出的氫氧化鎂沉淀再經(jīng)水洗、濃縮、過(guò)濾和燒結(jié)生產(chǎn)出鎂砂。在另外一種實(shí)用的方法中，將濃縮后的氯化鎂（MgCl2）噴進(jìn)熱反應(yīng)容器中，在這里熱氣體將它轉(zhuǎn)化成氧化鎂和鹽酸。水洗氧化鎂形成氫氧化鎂泥漿，經(jīng)過(guò)濾和燒結(jié)再生產(chǎn)出鎂砂。 燒結(jié)鎂砂按煅燒程度分為輕燒鎂砂和死燒鎂砂。在耐火材料應(yīng)用領(lǐng)域中，主要使用死燒鎂砂。天然死燒鎂砂通常含有較高的二氧化硅和三氧化二鐵，而合成鎂砂可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)控制二氧化硅和氧化鈣的含量，并可獲得較高致密度。電熔鎂砂是在電弧爐中于2750以上的溫度下熔融鎂砂而生成。與燒結(jié)鎂砂相比，主晶相方鎂石晶粒粗大且直接接觸，純度高，結(jié)構(gòu)致密，抗渣性強(qiáng)，熱震穩(wěn)定性好，是高級(jí)含碳不燒磚和不定形耐火材料的良好原料。使用鎂砂最多的不定形耐火材料是用于堿氧轉(zhuǎn)爐和電爐的噴補(bǔ)料。近年來(lái)，中間包工作襯使用鎂砂越來(lái)越普遍。但它不需要使用高檔鎂砂，因?yàn)殒V砂是與硅酸鹽和粘土礦物混合來(lái)獲得所需性能，并且它相對(duì)于其它應(yīng)用場(chǎng)合可容許有較高含量雜質(zhì)。鎂橄欖石依其顏色為橄欖綠而得名，它的最終礦物為鎂橄欖石（2MgOSiO2）和鐵橄欖石（2FeOSiO2），蛇紋石（3MgO2SiO22H2O）是橄欖石不同含量的變體。橄欖石的天然特性使它可用于不同場(chǎng)合，其熔點(diǎn)為1800、熱導(dǎo)率低、隔熱性良好（比菱鎂石低6080）、耐火度高（1760）、不水化（使用前不需燒結(jié)）、無(wú)反應(yīng)性、莫氏硬度6.57.0、比重為3.273.37和體積密度為1.52.0g/cm3。并且它有利于保護(hù)環(huán)境（不含游離硅）、高的化學(xué)和礦物學(xué)穩(wěn)定性（由于鎂橄欖石礦物結(jié)合強(qiáng)）和良好的抗金屬溶液滲透性（堿性和酸性的富氧化鐵渣、堿性氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽和氯化物）。橄欖石價(jià)格便宜，它可與化學(xué)組成類(lèi)似的高價(jià)格原料競(jìng)爭(zhēng)。橄欖石和鎂砂競(jìng)爭(zhēng)作為澆注料和中間包內(nèi)襯用耐火原料。作為焚燒爐用耐火材料，橄欖石在技術(shù)性能方面比其它耐火材料更具有優(yōu)勢(shì)，包括渣、溫度和剝落對(duì)耐火材料的作用。碳質(zhì)耐火原料天然石墨是自然界中發(fā)現(xiàn)的一種碳。石墨通常為灰黑色，帶有黑色光澤。晶體具有菱形六面體對(duì)稱性的六方晶系。天然石墨通常有三種形式：無(wú)定形態(tài)、鱗片石墨和純結(jié)晶體。石墨一般發(fā)現(xiàn)在類(lèi)似于煤礦的地區(qū)，它的碳含量在7590之間。根據(jù)化學(xué)分析確定無(wú)定形態(tài)石墨的基礎(chǔ)原料是普通煤。無(wú)定形態(tài)石墨主要產(chǎn)于墨西哥、韓國(guó)、中國(guó)和澳大利亞。天然鱗片石墨也是一種天然存在的石墨礦物，它均勻分布于主礦之中。鱗片狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)很容易與無(wú)定形態(tài)石墨區(qū)別。天然鱗片石墨不同于無(wú)定形態(tài)石墨，由于它的結(jié)晶度高因而具有較高的取向性。天然鱗片石墨的石墨化程度達(dá)99.3。純結(jié)晶石墨的基礎(chǔ)材料是原油礦，隨著時(shí)間的推進(jìn)，在一定的溫度和壓力下，原油礦轉(zhuǎn)化成大量固體石墨。純結(jié)晶石墨結(jié)發(fā)現(xiàn)于斯里蘭卡，X射線衍射分析時(shí)，它通常用作與所有其它形式的石墨進(jìn)行比較的標(biāo)準(zhǔn)樣。人造石墨是用石油焦燒結(jié)（加熱到2800）生成的。這些材料含石墨99.3，實(shí)際碳含量為99.9。另一種人造石墨是用石墨電極的工藝生產(chǎn)的，石墨含量為8595%，碳含量為9899.5%。表2-6 石墨的物理和化學(xué)性能無(wú)定形態(tài)鱗片石墨高結(jié)晶人造鱗片碳 %81.090.096.797.0硫 %0.10.10.70.07真密度 g/cm32.312.292.262.24礦物形態(tài)粒狀鱗片片狀、針狀鱗片由于結(jié)晶石墨和鱗片石墨對(duì)流動(dòng)性不利，因此無(wú)定形石墨和人造石墨較多地用于澆注料和泵送料中，其它不定形耐火材料使用何種石墨取決于它的應(yīng)用和成本。瀝青分為煤焦油瀝青和石油瀝青，都可用于不定形耐火材料中。雖然煤焦油瀝青比石油瀝青具有較高的殘?zhí)剂?，但是它們都能有效地給耐火材料提供碳組分。來(lái)自于煤焦油或石油的殘?zhí)季褪亲匀唤绲臒o(wú)定形碳。根據(jù)配方它們可以以細(xì)粉和顆粒形式使用。使用瀝青優(yōu)于其它形式的碳（如石墨），瀝青熔化溫度低，并可包敷顆粒，因而可提供良好的抵抗渣侵蝕的保護(hù)層。煤焦油主要使用于高爐出鐵口可塑料。它的特性有利于滿足這種應(yīng)用所需的特殊性能。煤焦油能使可塑料在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持作業(yè)性。用于這種場(chǎng)合的煤焦油通常有嚴(yán)格的技術(shù)要求，如不同溫度下的揮發(fā)物含量、殘存瀝青含量、含水量、二硫化碳的溶解性和殘?zhí)剂?。不同生產(chǎn)廠所制定的技術(shù)要求也不同。尖晶石質(zhì)耐火原料尖晶石指所有屬于尖晶石族的礦物，分為鋁尖晶石、鐵尖晶石和鉻尖晶石系列，狹義的尖晶石指鎂鋁尖晶石。鎂鋁尖晶石的化學(xué)式為MgOAl2O3，其中MgO為28.2%，Al2O3為71.8%。過(guò)去10年中，鋁鎂尖晶石主要用于高溫耐火材料。定形和不定形耐火材料用鋁鎂尖晶石的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為：l 抗熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力性高；l 熱膨脹率低；l 在環(huán)境中抗變化性高；l 次要的氧化物相含量低，從而具有高的耐火度；l 材料純度高，可生成無(wú)雜質(zhì)的耐火材料。鋁鎂尖晶石中氧化鎂含量千差萬(wàn)別，低于或高于理論化學(xué)組成MgO28.2。MgO含量高于理論化學(xué)組成的尖晶石通常用于制造耐火磚。但是這種尖晶石不被推薦用于不定形耐火材料配方中，因?yàn)樗赡墚a(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題。首先，過(guò)量MgO在加熱期間有可能水化，從而產(chǎn)生裂紋。其次，過(guò)量MgO在高溫下也可生成尖晶石，將產(chǎn)生不需要的體積膨脹。目前，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的尖晶石含MgO1033。表2-7給出了常用鋁鎂尖晶石的性能。鋁鎂尖晶石是在電弧爐中通過(guò)燒結(jié)或熔融拜耳氧化鋁和氧化鎂而生成的。這些尖晶石純度極高，不含二氧化硅，但通常成本較高。尖晶石也可通過(guò)熔融或燒結(jié)鋁礬土和鎂砂生成，它含少量二氧化硅。尖晶石的成分主要取決于鋁礬土中的二氧化硅含量。表2-7 鋁鎂尖晶石的性能性 能12345化學(xué)成分Al2O366.070.474.323.090.0MgO33.028.525.076.09.0Fe2O30.10.230.10.10.1CaO0.40.10.280.30.25SiO20.090.220.250.060.05體積密度 g/cm33.2703.4003.3003.2503.300顯氣孔率 2.03.97.52.02.5存在相（XRD）主礦相尖晶石尖晶石尖晶石尖晶石尖晶石次礦相方鎂石方鎂石剛玉無(wú)剛玉輕骨料輕骨料可分為空心球、多孔熟料、陶粒、膨脹珍珠巖和膨脹蛭石?？招那蛴址譃檠趸X、氧化鋯空心球和漂珠。氧化鋁空心球是用工業(yè)氧化鋁經(jīng)高溫電熔吹制而成的?？招那蝾w粒為白色、空心、薄壁的球狀體，長(zhǎng)期使用溫度為1800。氧化鋯空心球是用氧化鋯經(jīng)高溫電熔吹制而成的。其主晶相為ZrO2,含量80%，其最高使用溫度為2200。漂珠是從熱電廠粉煤灰中漂選出來(lái)的硅酸鋁質(zhì)玻璃珠體，呈白色，壁薄、中空，表面封閉而光滑。漂珠因煤質(zhì)、燃燒條件等的情況不同，性能也有較大的差異。其耐火度1610，粒徑C2AH8C3AH6。CA2的水化反應(yīng)中每一個(gè)步驟都有膠態(tài)AH3生成，產(chǎn)物的形成容易阻礙水泥的進(jìn)一步水化，因而其水化過(guò)程是緩慢的。C12A7具有較大的結(jié)構(gòu)空洞，活性很大，因而容易水化，且在水化過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量加速水化進(jìn)程，因此含C12A7的水泥易速凝。尤其是與水中的Cl、F、OH離子反應(yīng)，將導(dǎo)致快速凝固，使制品疏松，強(qiáng)度很低。表2-11 鋁酸鹽水泥中各礦物的性質(zhì)名稱化學(xué)式簡(jiǎn)寫(xiě)熔點(diǎn)水化速度限量鋁酸一鈣CaOAl2O3CA1608快7%二鋁酸鈣CaO2Al2O3CA21770慢七鋁酸十二鈣12CaO7Al2O3C12A71455很快鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3Fe2O3C4AF1415弱,早強(qiáng)鈣黃長(zhǎng)石2CaOAl2O3SiO2C2AS1590不水化a- Al2O3Al2O3A2050凝聚鎂鋁尖晶石MgOAl2O3MA2135不水化硅酸二鈣2CaOSiO2C2S2130很慢在水合物的加熱過(guò)程中，各水合物要相互轉(zhuǎn)化，相繼脫水。相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中，由于密度的差異，會(huì)產(chǎn)生體積變化；尤其是脫水過(guò)程中將產(chǎn)生很大的體積收縮。這些體積效應(yīng)將導(dǎo)致不定形耐火材料的強(qiáng)度下降。降低水化產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的體積變化和脫水收縮的主要方法是降低水泥用量，這也是出現(xiàn)低水泥和超低水泥澆注料的原因之一。表2-12 鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)物的性質(zhì)水化產(chǎn)物結(jié)晶狀態(tài)結(jié)晶形狀穩(wěn)定性質(zhì)密度CAH10六方片狀針狀亞穩(wěn)1.72C2AH8六方片狀針狀亞穩(wěn)1.95C3AH6立方顆粒穩(wěn)定相2.52AH3膠體無(wú)定形亞穩(wěn)2.42澆注料在成型和養(yǎng)護(hù)時(shí)，溫度對(duì)產(chǎn)品性能影響很大。養(yǎng)護(hù)溫度低時(shí)比養(yǎng)護(hù)溫度高時(shí)壽命短，由下面方程式所示的主要反應(yīng)機(jī)理可知，澆注料應(yīng)保持合適的養(yǎng)護(hù)