不定型耐火材料

1、不定形而寸火材料(unshapedrefractories)由一定級(jí)配的骨料、粉料、結(jié)合劑和外加劑組成不定形狀的不經(jīng)燒成可供直接使用的耐火材料。不定形耐火材料的耐火度應(yīng)不低于1500C,有些隔熱不定形耐火材料的耐火度允許低于1500C。這類材料無固定的外形，呈松散狀、漿狀或泥膏狀，因而也稱為散狀耐火材料，也可以制成預(yù)制塊使用或構(gòu)成無接縫的整體構(gòu)筑物，也稱為整體耐火材料。不定形耐火材料具有工藝簡單，生產(chǎn)周期短、節(jié)約能源、使用時(shí)整體性好、適應(yīng)性強(qiáng)、便于機(jī)械化施工等特點(diǎn)。簡史不定形耐火材料是以耐火澆注料為基礎(chǔ)而拓展的。早在1918年法國已開始銷售鋁酸鹽水泥， 一般認(rèn)為在1925年歐美國家才以鋁酸鹽水

2、泥作為耐火澆注料的結(jié)合劑， 在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，美國用耐火澆注料和耐火可塑料作為鍋爐和石油設(shè)備內(nèi)襯。日本在1955年開始生產(chǎn)不定形耐火材料。到1960年美、日、聯(lián)邦德國不定形耐火材料分別占耐火材料產(chǎn)量的12.6%、1.6%和1.6%。19661975年不定形耐火材料在工業(yè)發(fā)達(dá)國家實(shí)現(xiàn)了品種系列化，質(zhì)量穩(wěn)步提高、產(chǎn)量顯著增長，1980年以前，美、日、聯(lián)邦德國的不定形耐火材料產(chǎn)量已分別提高至37.1%、31.7%和36.8%,大致占耐火材料產(chǎn)量的三分之一或稍多一些。20世紀(jì)80年代以后，工業(yè)發(fā)達(dá)國家耐火材料產(chǎn)量逐步有所下降，而不定形耐火材料產(chǎn)量并無太大變化，因而不定形耐火材料產(chǎn)量比率相應(yīng)提高，如

3、以日本為例：19761985年耐火材料產(chǎn)量從270萬t左右降至200萬t左右，而其中不定形耐火材料始終維持在90萬t左右，具比率從34%提高到44%。美國不定形耐火材料的比率已達(dá)到50%,西歐共同體為35%。到90年代初，不定形耐火材料的產(chǎn)量已接近燒成耐火制品的產(chǎn)量，在耐火材料行業(yè)促成了巨大的變化，這也說明了不定形耐火材料的迅速發(fā)展。中國的不定形耐火材料發(fā)展史要追溯至古代的原，始制陶時(shí)代和青銅器時(shí)代，當(dāng)時(shí)所用的焙燒陶器的窯和冶煉青銅的爐（或培竭）就是用可塑性的耐火粘土塑造或搗制而成的，這可以說就是原始的不定形耐火材料。而現(xiàn)代的不定形耐火材料則是從20世紀(jì)50年代初期開始研究并在工程中得到應(yīng)用的

4、。例如以耐火搗打料修筑煉鋼爐底，感應(yīng)爐內(nèi)襯；采用硅酸鹽水泥和水玻璃為結(jié)合劑配制的耐火澆注料，當(dāng)時(shí)稱l為耐熱混凝土；60年代鋁酸鹽水泥（也稱磯土水泥或高鋁水泥）研制成功后，耐火澆注料在質(zhì)量上有所提高，純鋁酸鈣水泥耐火澆注料和磷酸鹽結(jié)合耐火澆注料、耐火搗打料在工業(yè)窯爐上也得到普遍應(yīng)用。同時(shí)在石油工業(yè)窯爐上開始采用水玻璃或鋁酸鹽水泥隔熱澆注料和耐火噴涂料。 到70年代在鋼鐵工業(yè)的軋鋼生產(chǎn)用窯爐中耐火可塑料獲得廣泛應(yīng)用。80年代以來，耐火噴涂料（噴補(bǔ)料）、耐火澆注料（尤其是粘土結(jié)合耐火澆注料和低水泥耐火澆注料、無水泥耐火澆注料）發(fā)展迅速。應(yīng)用方面也由一般工業(yè)窯爐擴(kuò)展到連鑄、盛鋼桶、高爐出鐵溝以及高爐、

5、轉(zhuǎn)爐等的維修。1977年中國正式采用%26ldquo;不定形耐火材料26rdquo;名稱。1976年以前不定形耐火材料年產(chǎn)量10萬t以下，1990年達(dá)125萬t,約為耐火材料總產(chǎn)量的15%。分類不定形耐火材料主要按其氣孔率和使用分類，也可按其采用的結(jié)合劑種類和耐火骨料材質(zhì)分類。按氣孔率分有致密不定形耐火材料與隔熱不定形耐火材料兩類。致密不定形耐火材料也稱為普通或重質(zhì)不定形耐火材料，隔熱不定形耐火材料也稱為輕質(zhì)不定形耐火材料。按照國際標(biāo)準(zhǔn)(IS(|)1927%26mdash;75)分類，隔熱不定形耐火材料經(jīng)烘干后的試樣氣孔率不低于45%。按使用類型分主要有耐火澆注料、耐火噴涂料、耐火噴補(bǔ)料、耐火

6、可塑料、耐火搗打料、耐火壓注料、耐火投射料、耐火涂抹料、耐火泥漿和干式振動(dòng)料。(1)耐火澆注料。也稱耐火澆灌料，以耐火骨料和粉料與適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合劑、外加劑配制而成，具有良好的觸變性能，一般以澆注或澆注振實(shí)的方法施工。(2)耐火噴涂料與噴補(bǔ)料。材料組成接近耐火澆注料，顆粒級(jí)配需適應(yīng)噴涂或噴補(bǔ)施工的特殊要求，利用風(fēng)動(dòng)機(jī)具進(jìn)行施工，施工方法有濕法、干法或半干法。(3)耐火可塑料。以耐火骨料和粉料與適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合劑、外加劑配制而成，呈泥坯狀或不規(guī)則料團(tuán)狀，在一定時(shí)間內(nèi)保持較好的可塑狀態(tài)，一般采用風(fēng)動(dòng)搗打工具施工。(4)耐火搗打料。以耐火骨料和粉料與適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合劑等配制而成，呈松散狀，以強(qiáng)力搗打方法施工。(5)耐

7、火壓注料。以耐火骨料和粉料、結(jié)合劑和外加劑組成，呈膏狀或泥漿狀，以擠壓泵將料強(qiáng)力壓入的方法施工。(6)耐火投射料。主要采用硅石質(zhì)、皓英石質(zhì)、高鋁質(zhì)等材料作為骨料和粉料，以水玻璃或結(jié)合粘土作為結(jié)合劑，或加入適當(dāng)?shù)耐饧觿┡渲贫?，利用投射機(jī)進(jìn)行投射施工(7)耐火涂抹料。以耐火細(xì)骨料和粉料或者僅以耐火粉料加入適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合劑、外加劑配制而成。其含水(或其他液體)量較高，以手工或風(fēng)動(dòng)機(jī)具涂抹或噴涂施mo(8)耐火泥漿。也稱砌筑和接縫材料，以耐火粉料與適當(dāng)結(jié)合劑、外加劑配制而成，品種有陶瓷結(jié)合耐火泥漿、水硬性結(jié)合耐火泥漿和化學(xué)結(jié)合耐火泥漿，用抹刀或類似工具施工。按結(jié)合劑種類分根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)可分為無機(jī)結(jié)合劑不

8、定形耐火材料和有機(jī)結(jié)合劑不定形耐火材料兩類。根據(jù)其硬化方式可分為氣硬性結(jié)合劑、水硬性結(jié)合劑、熱硬性結(jié)合劑類型。(見結(jié)合劑)按骨料材質(zhì)分有致密骨料和隔熱骨料。致密骨料主要有粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、硅質(zhì)、鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、尖晶石質(zhì)、銘質(zhì)、含結(jié)質(zhì)、含碳質(zhì)、含碳化硅質(zhì)等品種，此外還有各種材質(zhì)的隔熱骨料、主要有浮石、漂珠、蛭石、陶粒、膨脹珍珠巖、多孔熟料和氧化鋁空心球等，也可利用隔熱耐火制品或碎塊制成的顆粒骨料。組成包括耐火骨料和粉料、結(jié)合劑、外加劑等。其用量應(yīng)根據(jù)不定形耐火材料的不同品種和用途決定。一般情況下骨料用量約占65%以上，粉料用量約為10%35%,結(jié)合劑用量為8%15%,外加劑通常少于1%,極少超過4

9、%,用水(或液體)為8%12%。而在低水泥耐火澆注料中，作為結(jié)合劑的水泥用量和用水量都降低，而耐火泥漿中，用水(或液體)量都大為增加。骨料和粉料骨料分為粗骨料(%26ge;3mm)、 細(xì)骨料(30.088mm)、 粉料分為細(xì)粉料(0.0880.01mm)、超細(xì)粉(26le;0.01mm)。骨料在組成中用量最多并起骨架作用。粉料除起著填充空隙、改善施工性能和保證密實(shí)作用外，有時(shí)還與某些結(jié)合劑發(fā)生反應(yīng)，使不定形耐火材料具有強(qiáng)度或改善其他性能。粉料可采用與骨料相同的材質(zhì)（見耐火粉料），應(yīng)用中粉料的材質(zhì)往往高于骨料的材質(zhì)。選用隔熱骨料時(shí)，具顆粒容重應(yīng)小于1.2g/cm3。骨料的顆粒級(jí)配有連續(xù)級(jí)配和間斷

10、級(jí)配之分，間斷級(jí)配是抽掉連續(xù)級(jí)配中某一粒度區(qū)間而成。在不定形耐火材料原料配制中，由于所用骨料的最大粒徑偏小，一般采用連續(xù)級(jí)配，合理選擇優(yōu)良的顆粒形狀和級(jí)配，可以獲得最大的密實(shí)度和良好的施工性能。不同品種的不定形耐火材料應(yīng)選擇適宜的顆粒級(jí)配，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)使用要求通過試驗(yàn)確定其顆粒級(jí)配組成。結(jié)合劑不定形耐火材料在使用前未經(jīng)高溫?zé)Y(jié)， 顆粒間依靠結(jié)合劑的作用粘結(jié)為整體，并使構(gòu)筑物或制品具有一定的強(qiáng)度。一般認(rèn)為結(jié)合劑將結(jié)合物結(jié)合為整體是取決于結(jié)合物本身的凝結(jié)硬化性質(zhì)和結(jié)合劑與結(jié)合物之間產(chǎn)生的粘結(jié)作用。結(jié)合劑必須能與耐火骨料和粉料的表面最大限度地接觸，此外還應(yīng)具有硬化時(shí)的體積穩(wěn)定性。（見結(jié)合劑）外加

11、劑不定形耐火材料采用的外加劑種類較多，主要有促硬劑、減水劑、膨脹劑等。（見外加劑）（1）促硬劑，也稱促凝劑。不同品種的結(jié)合劑應(yīng)選用各自需要的促硬劑。例如以粘土為結(jié)合劑時(shí)常溫強(qiáng)度很低，為提高其強(qiáng)度，必須加入促硬劑，一般采用硅酸鹽水泥或氧化鈣作為促硬劑。以磷酸鹽為結(jié)合劑時(shí)，常用的促硬劑有氧化鎂、氧化鈣、氫氧化鋁、氟化俊等，其中以氧化鎂使用最為普遍，中國則采用硅酸鹽水泥或鋁酸鹽水泥，其中以鋁酸鹽水泥使用最為普遍。(2)減水劑。主要用于以水泥為結(jié)合劑的耐火澆注料、耐火可塑料及耐火泥漿等不定形耐火材料中，采用的減水劑有蔡磺酸甲醛縮合物鈉鹽、木質(zhì)素磺酸鈣、磺化焦油類、烷基磺酸鈉、檸檬酸鈉、碳酸氫鈉、六偏磷

12、酸鈉、灑石酸、尿素、三聚磷酸鈉、鹽酸羥胺、葡萄糖酸鈉等，這些減水劑有的可以單獨(dú)使用，有的可以復(fù)合使用，以增強(qiáng)減水效果。(3)膨脹劑。為提高不定形耐火材料的體積穩(wěn)定性，不定形耐火材料作為整體爐襯或預(yù)制構(gòu)件使用時(shí)，必須具備良好的體積穩(wěn)定性，而某些不定形耐火材料往往因?yàn)楦邷厥湛s而產(chǎn)生裂縫、龜裂和剝落現(xiàn)象，因此加入各種膨脹劑以期改善其性能，如粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)不定形耐火材料可選用石英、軟質(zhì)粘土、藍(lán)品石等作為膨脹劑。以石英作為膨脹劑時(shí)，利用石英在12001470C溫度范圍內(nèi)，%26alpha;-石英不斷轉(zhuǎn)化為半安定性石英產(chǎn)生的體積膨脹。以磷酸鹽為結(jié)合劑時(shí)，加入適量生粘土，利用其加熱時(shí)所產(chǎn)生的二次莫來石化也可

13、以起到膨脹作用。 膨脹劑中以藍(lán)晶石應(yīng)用最多， 藍(lán)晶石在高溫煨燒時(shí)， 于1300c開始分解，不可逆地轉(zhuǎn)化為莫來石并析出SiO2,到13601400C分解加快，1500C后出現(xiàn)石英玻璃和莫來石，伴隨這些反應(yīng)產(chǎn)生約10%12%體積膨脹。除了上述常用外加劑外，根據(jù)配制不同品種不定形耐火材料的需要，比較經(jīng)常采用的還有增塑劑、保存劑、發(fā)泡劑、緩凝劑等。(見外加劑)應(yīng)用不定形耐火材料主要應(yīng)用于冶金工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、能源、化學(xué)工業(yè)和建筑材料工業(yè)的各種窯爐和熱工構(gòu)筑物。冶金工業(yè)方面從鐵礦燒結(jié)、煉焦、煉鐵、煉鋼、爐外精煉、連鑄直到軋鋼生產(chǎn)等，幾乎每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)的冶金爐和熱工設(shè)備都使用不定形耐火材料。大型高爐外殼內(nèi)側(cè)采

14、用耐火噴涂料，爐底特殊部位采用耐火搗打料，修補(bǔ)時(shí)采用耐火噴補(bǔ)料和耐火壓注料。大型高爐出鐵溝從使用氧化鋁一碳化硅質(zhì)耐火搗打料改進(jìn)為采用耐火澆注料，使出鐵溝的通鐵量顯著增加。止匕外，高爐炮泥也全部采用不定形耐火材料。大型熱風(fēng)爐球頂及爐殼內(nèi)側(cè)采用耐火噴涂料，熱風(fēng)爐熱風(fēng)閥內(nèi)襯普遍應(yīng)用耐火澆注料，熱風(fēng)爐和高爐的熱風(fēng)管道內(nèi)襯大都采用了耐火澆注料。鐵礦燒結(jié)用點(diǎn)火爐、保溫爐和大型咽囪內(nèi)襯，采用了耐火可塑料、耐火澆注料和耐火噴涂料。在煉鋼方面耐火噴補(bǔ)料應(yīng)用較多，盛鋼桶內(nèi)襯不定形耐火材料的應(yīng)用也明顯增加，逐步成為發(fā)展應(yīng)用的重點(diǎn)。在連鑄方面用作連鑄中間罐襯和擋渣堰板等。爐外精煉用浸漬管、整體噴槍、真空脫氣裝置內(nèi)沖寸

15、也全部或部分采用了不定形耐火材料。軋鋼生產(chǎn)用的均熱爐和加熱爐中不定形耐火材料應(yīng)用最廣、效果最為顯著，以耐火可塑料和澆注料用于加熱爐水冷管包扎取得了良好的節(jié)能效果。在煉焦方面主要使用耐火泥漿，止匕外，還用于干熄焦?fàn)t內(nèi)襯以及焦?fàn)t爐門、煙道、抵抗墻等部位。在有色冶金工業(yè)方面，不定形耐火材料主要用于電解槽、鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐、鋁反射爐、煉銅工頻感應(yīng)電爐、煉銅閃速爐、陽極爐、電極爐、轉(zhuǎn)爐等重要設(shè)備。其他工業(yè)方面不定形耐火材料用于機(jī)械工業(yè)方面的各種感應(yīng)爐、鹽浴爐、熱處理爐內(nèi)襯等。在能源化學(xué)工業(yè)方面用于煤氣發(fā)生爐、頁巖干儲(chǔ)爐、常壓加壓爐、減壓加熱爐、合成氨裝置的一段和二段轉(zhuǎn)化爐以及排氣筒等部位。止匕外，還用于般工業(yè)鍋爐、發(fā)電廠鍋爐內(nèi)襯等。在建筑材料工業(yè)方面主要用于水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯和玻璃熔窯的某些部位。展望不定形耐火材料中用量最多的是耐火澆注料、耐火噴涂料、耐火噴補(bǔ)料，其產(chǎn)量占不定形耐火材料總產(chǎn)量的70%以上，今后不定形耐火材料仍將以此為主。在耐火澆注料中加入超微粉和高效外加劑，使雜質(zhì)含量和用水量降