不定型耐火材料綜述

1、不定形耐火材料的應(yīng)用及發(fā)展摘要：耐火材料的選取因素，除價(jià)格之外，還需考試以下因素：較長(zhǎng)的使用壽命； 較好的保溫效果；較簡(jiǎn)易的砌筑方式和較快的砌筑速度； 維修速度快。耐火噴涂 料的使用經(jīng)驗(yàn)證明其具有以上優(yōu)點(diǎn)， 使用企業(yè)節(jié)能降耗、挖潛增效明顯。本文論 述新型不定形耐火材料發(fā)展、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用及顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：耐火噴涂料；消耗；故障率；選擇維護(hù)一、引言不定形耐火材料又稱(chēng)散裝耐火材料，由散裝顆粒及細(xì)粉組成，使用前無(wú)需燒 成也無(wú)需成形。它可以根據(jù)需要，靈活地改變材料的組成性質(zhì)和工藝， 如耐火材 料的成份和粒度；結(jié)合劑的種類(lèi)及添加量；外加劑（如增塑劑、促硬劑、緩硬劑、減 水劑等）的選擇和調(diào)節(jié)和施工

2、方法（澆注、搗打、噴涂、投射、可塑施工等）的多樣 化，使耐火材料的磚體形狀向大形化、 異形化和整體化結(jié)構(gòu)發(fā)展了一大步， 被稱(chēng) 為第二代耐火材料。不定形耐火材料是高溫窯爐工業(yè)耐火內(nèi)襯技術(shù)應(yīng)用中的重要基礎(chǔ)材料之一。 耐火澆注料是不定型耐火材料中的重要一種，它的重要特點(diǎn)是供貨周期短，不受設(shè)備形狀限制，不經(jīng)預(yù)先煅燒、松散狀混合物配以相適應(yīng)的錨固件現(xiàn)場(chǎng)成型烘烤 后即可直接使用的耐火材料。用耐火澆注料可做成無(wú)接縫的襯體， 亦稱(chēng)整體耐火 材料。高鋁質(zhì)澆注料、高鋁低水泥澆注料、鋼纖維耐磨澆注料、剛玉質(zhì)澆注料等 不定形耐火材料在水泥窯的內(nèi)襯設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，多年來(lái)運(yùn)行于不同部位的熱工設(shè)備的耐火層。近幾年，

3、不定形耐火材料不斷發(fā)展，許多耐火材料企業(yè) 研發(fā)出新產(chǎn)品。隨著水泥窯產(chǎn)量的不斷增大，新設(shè)備的應(yīng)用，建窯時(shí)間短，有些 特定的部位，內(nèi)襯磨損非常嚴(yán)重，為滿足生產(chǎn)需要，在水泥窯內(nèi)襯設(shè)計(jì)中開(kāi)發(fā)研 制了澆注料預(yù)制塊。依據(jù)不同的工藝要求在不同的部位， 不定形耐火材料與澆注 料預(yù)制塊配合使用，更適應(yīng)水泥窯爐生產(chǎn)需要。而我國(guó)耐火材料的消耗量仍維持 在先進(jìn)國(guó)家20世紀(jì)70年代的水平。二、不定型耐火材料必備的性能采用高純度原料配制的不定形耐火材料制品， 目前使用溫度已達(dá)到1900 C以 上,在較低溫度下使用的不定形耐火材料品種已經(jīng)普遍應(yīng)用。不定形耐火材料采用現(xiàn)場(chǎng)施工或整體施工，不經(jīng)過(guò)中間燒成，不會(huì)引起變形，因而施工

4、質(zhì)量保證， 成品率高，耐火構(gòu)件容易達(dá)到預(yù)期的結(jié)構(gòu)要求，有利于延長(zhǎng)構(gòu)件的使用壽命。不 定形耐火材料的耐火結(jié)構(gòu)是整體的，沒(méi)有砌縫，因此能避免因磚縫造成的缺陷， 不易受火焰或高溫氣體、液體的侵蝕。在溫度變化時(shí)，整體結(jié)構(gòu)比磚砌體更均勻 傳布，可以減小由熱應(yīng)力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損傷，比磚砌結(jié)構(gòu)有更高的抗熱震穩(wěn)定性。 不定形耐火材料構(gòu)筑的窯爐襯，當(dāng)局部蝕損室 50 一 60m/m時(shí)，由于爐襯是整 體的，所以不會(huì)出現(xiàn)鄰近未遭蝕損的爐襯的自然脫落現(xiàn)象，即使使用鋁酸鈣一剛玉質(zhì)耐火爐襯，只要保證外壁鋼殼的冷卻， 50 一 601 n/m的爐襯仍很耐用。不 定形耐火材料的施工不但在新襯時(shí)非常簡(jiǎn)便，在使用一段時(shí)間以后，還可再

5、用它來(lái)修補(bǔ)損壞的部位，不需將舊襯完全打掉，延長(zhǎng)使用周期。與普通耐火材料相比， 采用不定形耐火材料的成本降低 35%左右。不定形耐火材料適合于不規(guī)則異形 構(gòu)件的施工，適合于高精度構(gòu)件的制造，它對(duì)科研及高精尖端耐火構(gòu)件有特殊意 義。不定形耐火材料的結(jié)合劑選擇、耐火骨料的材質(zhì)和粒度級(jí)配都可根據(jù)使用要 求，再加減水劑、促硬劑、緩硬劑、升溫硬結(jié)劑等外加劑應(yīng)用于不定形耐火材料 的調(diào)配，使產(chǎn)品系列化和多樣化，適合不同施工方法的特殊要求。為更好地服務(wù)于水泥窯的生產(chǎn)需求，促進(jìn)我國(guó)不定形耐火材料的應(yīng)用推廣， 需注重提高不定形耐火材料以下幾個(gè)主要方面的應(yīng)用性能。2.1不定型耐火材料的選取方法在預(yù)分解窯爐中，不定型耐

6、火材料既要承受窯內(nèi)硫、堿、氯等有害成分的侵 蝕，又要達(dá)到高強(qiáng)耐磨的要求，同時(shí)必須具備較好的熱震穩(wěn)定性。 由于原燃材料 各異，不同的設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的窯型不同，對(duì)于這種消耗性材料，各家企業(yè)都需選取 一種最適合本窯的不定型耐火材料。 耐火材料的選取影響因素很多，除了價(jià)格因 素外，通常需要考慮較長(zhǎng)的使用壽命； 較好的保溫效果；較簡(jiǎn)易的砌筑方式和較 快的砌筑速度；維修速度2。 2.2耐磨蝕性好、耐侵蝕性高新技術(shù)新裝備在水泥工業(yè)的不斷應(yīng)用，對(duì)運(yùn)行于熱工設(shè)備的耐火內(nèi)襯提出了 更高的要求。近幾年新型的第四代篦冷機(jī)已被廣泛應(yīng)用于水泥窯的生產(chǎn)，第四代篦冷機(jī)節(jié)能、降耗、冷卻效率高；篦床的運(yùn)動(dòng)行程比第三代要大得多，在此部

7、位 的內(nèi)襯會(huì)被高溫運(yùn)動(dòng)的物料拉出許多溝槽， 磨損嚴(yán)重。這就要求與其相接觸的內(nèi) 襯具有高的耐磨蝕性。在整個(gè)水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒系統(tǒng)中，使用替代燃料或劣質(zhì)燃料， 均會(huì)對(duì)耐火內(nèi)襯產(chǎn)生許多的附加影響。 在國(guó)外，隨著水泥技術(shù)的發(fā)展石油焦、 塑 料、動(dòng)物雜碎、污水污泥、溶劑、有機(jī)廢料等作為二次燃料或替代燃料使用，這 的確是工藝上的進(jìn)步，但由此也附帶了一些負(fù)面的元素， 如氯、硫、堿金屬、溴、 碘等也帶進(jìn)了燃燒系統(tǒng)中。揮發(fā)性成分的濃度提高，導(dǎo)致了銹蝕和高溫化學(xué)侵蝕 的提高。特別是逐步提高的替代燃料、劣質(zhì)燃料的使用，垃圾焚燒窯的不斷發(fā)展， 水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，部分熱工設(shè)備的不定型耐火材料的窯襯對(duì)高溫負(fù)荷和高溫化學(xué)侵蝕的抵

8、抗性已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。揮發(fā)性化合物，如氯、硫和堿，在窯內(nèi) 高溫氣體中發(fā)生反應(yīng)，生成含硫酸鹽和氯化鹽的化合物。這些氣態(tài)或液態(tài)化合物 在受熱后經(jīng)過(guò)工作襯、膨脹縫或裂縫侵入到襯體結(jié)構(gòu)，通常在750 C到1100 C時(shí)發(fā)生結(jié)晶。在水泥窯系統(tǒng)中不同的溫度區(qū)域，耐磨層和絕熱層會(huì)不同程度地遭 受氯化物（KCI，NaCI ）和堿化合物（K2CO3、K2SO4、Na2SO4）等高溫化學(xué)侵 蝕，金屬錨固件遭受高溫氣體腐蝕或硫酸鹽和鹽酸的化學(xué)腐蝕。對(duì)水泥生產(chǎn)耐火內(nèi)襯技術(shù)而言，我們必須不僅考慮到水分或液體腐蝕， 而且更要考慮到高溫氣體 化學(xué)侵蝕，以及硫浸和氯離子對(duì)不定形耐火材料的侵蝕作用。 生產(chǎn)實(shí)踐表明在水 泥

9、回轉(zhuǎn)窯的設(shè)備內(nèi)部已有部分硫、氯沉積。2.3烘烤性能好隨著低水泥澆注料的廣泛應(yīng)用，同時(shí)出現(xiàn)了這種澆注料在干燥加熱過(guò)程中的 剝落和炸裂問(wèn)題。在加熱烘烤時(shí)在澆注料的內(nèi)部產(chǎn)生較大的蒸汽壓力，當(dāng)蒸汽壓 力超過(guò)澆注料抗張強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生剝落和炸裂。目前，解決澆注料的炸裂問(wèn)題， 一種方法是采用合理的干燥烘烤制度，另一方法是在澆注料中加防炸裂劑，以增 大硬化體的透氣率，降低澆注料內(nèi)部最大蒸汽壓力值。通常使用的添加劑為金屬 鋁粉、乳酸鋁和有機(jī)纖維等。生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用表明，現(xiàn)場(chǎng)施工的不定形耐火材料 的性能發(fā)揮和使用效果，在很大程度上取決于其施工和烘烤效果， 當(dāng)今，安全高 效的烘烤技術(shù)的發(fā)展倍受關(guān)注，研發(fā)快速養(yǎng)護(hù)、快速烘

10、烤甚至免烘烤的不定形 耐火材料，顯得十分必要。特別是對(duì)于老水泥廠改造，水泥窯系統(tǒng)中部分改造的 設(shè)備，存在新的不定形內(nèi)襯，當(dāng)新老內(nèi)襯共存時(shí)，由于新內(nèi)襯養(yǎng)護(hù)、烘烤不到位 急于投料，使得澆注料內(nèi)部的蒸汽壓力超過(guò)澆注料抗張強(qiáng)度， 而導(dǎo)致澆注料內(nèi)襯 的頻繁炸裂，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。使用新型膠結(jié)劑制備了澆注料，對(duì)比結(jié)果表明:不定型耐火材料的質(zhì)量和性能被提高。分析了澆注料高溫收縮的原因，并提出 了改進(jìn)方法。不定形耐火材料的施工、養(yǎng)護(hù)、烘烤、維護(hù)的難易，直接影響到其被用戶接受的程度。2.4不定型耐火材料的施工質(zhì)量控制近年來(lái)，為了提高耐火材料的強(qiáng)度，不少耐火材料生產(chǎn)企業(yè)均減少了鋁酸鹽 水泥的用量，產(chǎn)品向低水泥型

11、和超低水泥型發(fā)展。 低水泥型對(duì)水比較敏感，加水 量必須嚴(yán)格控制。往往在施工中，操作工人不理解水必須少的道理，以為水越多， 流動(dòng)性越好，澆注就越密實(shí)，施工單位為了盡快完成施工任務(wù)，多加水，少振動(dòng)， 這種概念是極其錯(cuò)誤的，往往成為縮短使用周期的主要原因之一。 事實(shí)上，在澆 注過(guò)程中，加水量必須嚴(yán)格加以限制，并適宜地強(qiáng)化振動(dòng)。不強(qiáng)化振動(dòng)，水泥漿 難以形成；過(guò)量的振動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致顆粒的離析。2.5不定型耐火材料的維護(hù)耐火材料的使用在正常生產(chǎn)的過(guò)程中，只要耐火材料的耐火度、強(qiáng)度等指標(biāo)符合生產(chǎn)要求，一般不會(huì)產(chǎn)生大的問(wèn)題，而對(duì)耐火材料的使用壽命影響的關(guān)鍵在 于開(kāi)停窯的升降溫控制。這是最簡(jiǎn)單的熱脹冷縮原理，只不

12、過(guò)在水泥窯爐中，這 個(gè)原理是宏觀的。如何減小開(kāi)停窯對(duì)耐火材料的影響，這是每個(gè)水泥生產(chǎn)企業(yè)的 工藝技術(shù)員都必須面對(duì)的問(wèn)題。窯的升溫曲線是以窯尾煙室溫度來(lái)制定的，日常操作中要避免溫度的大起大落，并適當(dāng)加長(zhǎng) 600700 C溫度段的保溫時(shí)間，這 樣在完成烘烤窯的同時(shí)，也完成了對(duì)預(yù)熱器系統(tǒng)的烘烤。因?yàn)?00600 C是耐火材料結(jié)合水脫水的溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)如果耐火材料不能得到保溫， 耐 火材料的結(jié)合水不能及時(shí)脫出，后期的水分蒸發(fā)會(huì)在耐火材料內(nèi)部產(chǎn)生巨大的內(nèi) 應(yīng)力，從而使耐火材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損壞，輕則影響耐火材料的使用壽命，重則 會(huì)使耐火材料大面積剝落。停窯時(shí)，必須確定停窯步驟，在每次止料后，停止

13、 高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行，給系統(tǒng)一個(gè)自然冷卻的時(shí)間，一般在45 h左右，4001 100 C 區(qū)間，必須保證8 h以上，400 C以下可以快速冷卻。同時(shí)，在日常操作中，窯 頭罩必須保持微負(fù)壓狀態(tài)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)控制在-20-50 Pa左右。某水泥廠家曾對(duì) 同一工況下正壓和負(fù)壓對(duì)耐火材料的影響作過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)正壓時(shí)耐火材料的使用 壽命比負(fù)壓時(shí)縮短三分之一以上。鑒于此，水泥企業(yè)必須減少系統(tǒng)中漏風(fēng)，在操 作中，通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)，加強(qiáng)系統(tǒng)的通風(fēng)能力，保證系統(tǒng)的負(fù)壓狀態(tài)。三、不定形耐火材料的應(yīng)用近年來(lái)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，不定形耐火材料的產(chǎn)量已占耐火材料總產(chǎn)量的40%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本1985年耐火材料的總產(chǎn)量為199.74

14、萬(wàn)噸，不定形耐火材 料的產(chǎn)量已達(dá)86.82萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的43.5%,每年還在以1 一 2%的速度增長(zhǎng)。 70年代，我國(guó)也開(kāi)始了不定形耐火材料的研制，在生產(chǎn)純鋁酸鈣水泥、剛玉質(zhì) 等高質(zhì)量耐火骨料基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，現(xiàn)已能生產(chǎn)各個(gè)工業(yè)部門(mén)所需的不定形耐火 材料。在國(guó)外，不但有不定形耐火材料的散裝混合料供應(yīng)市場(chǎng)，而且也有專(zhuān)門(mén)制造各種不定形耐火材料的構(gòu)件或砌塊制品加工廠。一方面耐火材料的主要用戶如 鋼鐵、水泥、玻璃、有色金屬等行業(yè)的技術(shù)發(fā)展對(duì)耐火材料提出了更高的質(zhì)量和 品種要求。另一方面，這些行業(yè)在激烈的質(zhì)量和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)中，向耐火材料提出了嚴(yán) 峻的降低噸產(chǎn)品耐火材料成本的要求，致使耐火材料企業(yè)要以更大的投

15、入加快新 的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與研究，以適應(yīng)和滿足這些行業(yè)的需求。3.1澆注料預(yù)制塊的特質(zhì)澆注料預(yù)制塊只需在較低溫度下熱處理，是低碳和綠色耐火材料，是耐火內(nèi) 襯技術(shù)中的一個(gè)獨(dú)特的技術(shù)?？商岣吣突饍?nèi)襯的使用性能，降低耐火材料消耗量，質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠。我們知道在澆注料中加入鋼纖維其目的是提高澆注料的機(jī) 械性能，抑制裂紋的產(chǎn)生或在形成裂紋時(shí)限制其擴(kuò)展。 圖4是用鋼纖維澆注料等 耐火材料，應(yīng)用特殊的工藝制成的澆注料預(yù)制塊的樣品圖。 根據(jù)工藝部位及需要 做成一定形狀，脫模后依據(jù)其工況條件進(jìn)行熱處理。 澆注料預(yù)制塊比通常的相應(yīng) 澆注料具有更佳的應(yīng)用性能以及帶來(lái)的施工優(yōu)越性。其主要特點(diǎn)在于：(1) 耐壓強(qiáng)度高

16、與通常產(chǎn)品相比，澆注料預(yù)制塊有較高的耐壓強(qiáng)度，提高約2倍。(2) 抗熱震性好澆注料預(yù)制塊的抗熱震性能改進(jìn) 810倍。(3) 耐磨損性?xún)?yōu)澆注料預(yù)制塊的耐磨損性?xún)?yōu)于同材質(zhì)的超低水泥澆注料。(4) 節(jié)省砌筑時(shí)間無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)澆注，無(wú)需支設(shè)與拆卸模具，無(wú)需施工機(jī)具。成型件發(fā)往現(xiàn)場(chǎng)，只需現(xiàn)場(chǎng)安裝組合，方便快捷。大量減少了現(xiàn)場(chǎng)施工工序時(shí)間，而且質(zhì)量穩(wěn)定，不 受現(xiàn)場(chǎng)施工條件和人為因素限制，由供貨方對(duì)生產(chǎn)提供有效保證。(5) 節(jié)省養(yǎng)護(hù)、烘烤時(shí)間在交貨時(shí)已在供貨方提前完成了澆注、養(yǎng)護(hù)、干燥和烘烤各個(gè)環(huán)節(jié)，節(jié)省了 大量的養(yǎng)護(hù)、烘烤過(guò)程時(shí)間，有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)急于點(diǎn)火快速升溫而導(dǎo)致的澆 注料料炸裂問(wèn)題，方便用戶使用。(6)

17、 不受環(huán)境溫度限制水泥窯在世界范圍內(nèi)不同國(guó)家、不同季節(jié)，溫差范圍較大?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，有 的國(guó)家高溫達(dá)43 C48 C,而有的國(guó)家低溫可達(dá)零下30 C以下。我國(guó)從南方到 北方溫差也較大，而澆注料的施工受環(huán)境溫度的限制，在溫度出現(xiàn)過(guò)度波動(dòng)時(shí), 為使施工正常進(jìn)行，保證施工質(zhì)量，均需采用適當(dāng)?shù)娜斯た刂拼胧?。澆注料預(yù)制 塊可在任意環(huán)境下安裝。（7）便于更換拆裝在實(shí)際生產(chǎn)中更換非常方便，哪一塊預(yù)制塊損壞可直接更換損壞件，就象更換設(shè)備零件一樣，可在很短的時(shí)間內(nèi)完成更換，實(shí)現(xiàn)即時(shí)更換即時(shí)點(diǎn)火的愿望。（8）更長(zhǎng)的儲(chǔ)存期不定形耐火材料通常儲(chǔ)存期較短，在干燥的條件，也只有幾個(gè)月，而預(yù)制塊則大大延長(zhǎng)了儲(chǔ)存期，預(yù)計(jì)可達(dá)幾

18、年。（9）更長(zhǎng)的使用壽命不定形耐火材料的使用性能，受現(xiàn)場(chǎng)施工條件及人為因素影響較大，如加水量過(guò)大，其現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際表現(xiàn)為氣孔率增大， 強(qiáng)度降低，或振搗不到位引起強(qiáng)度降 低等，影響使用壽命。而預(yù)制塊則克服了上述不足，預(yù)計(jì)壽命提高23倍，節(jié)省投資，節(jié)能環(huán)保。美國(guó)的 Whahl耐火材料供應(yīng)商，通過(guò)系列的試驗(yàn)提出，預(yù) 制塊的抗沖擊性方面比普通材料提高了 10倍，耐磨損性?xún)?yōu)于相同級(jí)別的超低水 泥材料。目前我國(guó)有的耐火材料企業(yè)將澆注料提前預(yù)澆到窯口護(hù)板上，經(jīng)低溫烘烤后，發(fā)往現(xiàn)場(chǎng)，直接安裝生產(chǎn)，使用壽命大于 2年。四、結(jié)論大力發(fā)展不定形耐火材料，在特殊部位應(yīng)用澆注料預(yù)制塊，是不定形耐火材料施工和應(yīng)用技術(shù)方面的進(jìn)步，是水泥企業(yè)獲得設(shè)備最大利用率的基本保證之一,也是不定形耐火材料生產(chǎn)企業(yè)獲得更高經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)業(yè)鏈的延伸領(lǐng)域。 在開(kāi)發(fā) 不定形耐火材料的過(guò)程中，應(yīng)看到它不同于傳統(tǒng)耐火材料的生產(chǎn)模式， 它具有多 學(xué)科、高科技、跨學(xué)科和技術(shù)密集等特點(diǎn)。原料供應(yīng)、生產(chǎn)、施工和使用單位的 密切配合，是開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不定形耐火材料必備條件。我國(guó)不定形耐火材料的產(chǎn)量 到本世紀(jì)末預(yù)計(jì)將達(dá)到175萬(wàn)噸，即占耐火材料總產(chǎn)量的 28%。要實(shí)現(xiàn)這一目 標(biāo)，應(yīng)解決好以下三個(gè)方面的問(wèn)題。4.1加強(qiáng)不定形耐火材料的生產(chǎn)管理和質(zhì)量監(jiān)控杜絕假