熔鑄耐火材料的發(fā)展現(xiàn)狀和展望

引言耐火材料一般是指耐火度在1580℃以上的無機非金屬材料，包括天然礦石及按照一定的目的要求經過一定的工藝制成的各種產品，其具有一定的高溫力學性能、良好的體積穩(wěn)定性，是各種高溫設備必需的材料。耐火材料的物理性能包括結構性能、熱學性能、力學性能、使用性能、作業(yè)性能。耐火材料按制造工藝可以分為：燒結耐火材料、熔鑄耐火材料、不定型耐火材料。按使用的行業(yè)可以分為：冶金、玻璃、水泥、陶瓷、建材等窯用耐火材料。按成分（材質）可以分為：鋁質、鋁鋯、鋁鋯硅、鋯質、鎂質、鎂鋯、鎂鋁、鋁硅、硅質耐火材料。熔鑄耐火材料是原料配料后經三相電弧爐熔融后澆鑄、由高溫熔體冷卻析晶而制成的。熔鑄耐火材料具有內部反應完全、晶體發(fā)育完整、結構致密、氣孔率低、強度高的特點，但其耐熱沖擊性差。熔鑄耐火材料多應用于玻璃行業(yè)，少量用于鋼鐵冶金、環(huán)?；さ取Ｈ坭T耐火材料分類熔鑄耐火材料主要包含：熔鑄莫來石、熔鑄鋯莫來石、熔鑄鋯剛玉、熔鑄剛玉、熔鑄高鋯磚。熔鑄鋯剛玉分為氧化法和還原法兩種，氧化法中按照氧化鋯含量的不同分為33#、36#和41#三種類型。熔鑄剛玉按照晶相的不同可以分為：α-剛玉、β-剛玉和α-β-剛玉三種。對于耐侵蝕性，與成分和晶相結構密切相關。晶相結構耐火性能從高到低排列為：斜鋯石、斜鋯石-剛玉共析體、剛玉、玻璃相。另外，Na2O、TiO2、Fe2O3、CaO等雜質越少越好。玻璃相滲出量與玻璃相的數(shù)量（SiO2含量）和性質（雜質含量、尤其Na2O含量）有關；發(fā)泡則主要與玻璃相的性質（雜質含量、尤其Na2O含量）有關。對玻璃的低污染性的高低順序：41#＞33#＞36#。圖1為熔鑄鋯剛玉產品（AZS）各品種顯微結構圖。熔鑄鋯剛玉產品的理化性能指標見表1。圖1熔鑄鋯剛玉產品（AZS）各品種顯微結構表1熔鑄鋯剛玉產品的理化性能指標中國熔鑄耐火材料的展望（1）熔鑄耐火材料向低玻璃相滲出方向發(fā)展33#低硅低鈉產品33#低硅低鈉產品國內最早由淄博艾杰旭公司推出，在現(xiàn)有33#制造工藝基礎上，通過減少產品中SiO2、Na2O含量，從而減少玻璃相總量，提高玻璃相質量制造而成。具有玻璃相滲出量低，抗蠕變性能高，對玻璃液低污染等優(yōu)異特性。產品參數(shù)如圖2所示。圖233#低硅低鈉產品典型化學組成和晶相組成低硅低鈉鋯剛玉產品，通過調整內部組分，減少基質玻璃相的含量；通過優(yōu)化吹氧操作，減少不飽和氧化物的種類和含量，可有效降低玻璃相滲出量。國內其它企業(yè)也有類似產品，主要適用于優(yōu)質浮法窯爐、全氧燃燒窯爐等高檔玻璃窯爐的上部結構及全氧燃燒窯爐的大碹。全氧燃燒窯爐中，對于加料口段的大碹，為避免剛玉產品與石英砂配合料粉塵發(fā)生的侵蝕反應，推薦前1～2段大碹使用33#低滲出AZS磚。36#低硅低鈉產品36#低硅低鈉產品國內最早由西普推出，其牌號為ER1851LOWEX，為最嚴重的侵蝕的上部結構設計，具有極低的玻璃相滲出量和極強的抗堿蒸汽、飛料侵蝕和抗蠕變性能。產品參數(shù)見表2、圖3、圖4。表2物理性能圖3典型化學成分圖4典型晶相分析零玻璃相滲出產品零玻璃相滲出產品最早由西普公司推出，專門為制造高質量玻璃熔窯上部結構設計，在1500℃條件下測試幾乎無玻璃相滲出，避免了上部結構產品中玻璃相滲出物對玻璃液污染的問題，同時該產品對堿蒸汽和飛料具有很強的抗侵蝕能力。其參數(shù)見表3。REFEL公司也有牌號為1616ULX的類似的零玻璃相滲出產品。主要用于高質量玻璃熔窯上部結構。其產品中二氧化硅和二氧化鋯含量分別為16%左右，氧化鈉的含量在2%以上。該類型產品在1550℃加熱10個循環(huán)周期，玻璃相滲出量為0。國內企業(yè)目前暫無同類產品。表3物理性能（2）熔鑄耐火材料向高純方向發(fā)展高純氧化鋁磚（α-氧化鋁磚）熔鑄A磚（α-氧化鋁磚）：將α-β-氧化鋁磚中的氧化鈉含量降低到1%左右，提高氧化鋁含量到98%以上。其90%以上由α-剛玉晶相構成。α-氧化鋁磚結構最為致密、硬度高、耐磨損、高溫下的穩(wěn)定性極好，同時具有良好的電阻性能。適用于超高溫隧道窯和特種玻璃窯爐。目前α-氧化鋁磚國內可以生產，但是生產過程中存在很大的難題：裂紋率高，成品率太低，只能生產較小尺寸的產品，急需解決產品大型化的制造問題。高純氧化鋯磚（高電阻率高鋯磚）目前高鋯磚有兩大類，一類氧化鋯含量≥92%的產品，此類產品耐火度高，高溫抗侵蝕性能強，主要用于流液洞蓋板窯坎等關鍵部位。此類產品國內已經研發(fā)成功，并逐步國產化。另一類氧化鋯含量約為88%，除具有良好高溫耐侵蝕性外，還具有高溫下高電阻率的特性，以降低電能在高鋯磚中的發(fā)熱損耗，減緩高鋯磚整體侵蝕速度，廣泛應用于TFT液晶基板玻璃、蓋板玻璃等電助熔玻璃窯爐。高電阻率高鋯磚目前國內技術還不太成熟，該方面最新的進展是法國西普公司推出的牌號為XILEC5和XILEC9的高電阻率高鋯磚。XILEC5參數(shù)見表4。XILEC9參數(shù)見表5所示。表4XILEC5物理性能表5XILEC9物理性能結語隨著環(huán)保嚴控，以及玻璃品質不斷提升，熔鑄耐火材料企業(yè)針對玻璃產品各種特性不斷做出相應的研發(fā)，促使熔鑄耐火材料品種更加多樣化，使用性能更加優(yōu)良。同時對熔鑄耐火材料的要求越來越高，促使熔鑄耐火材料向更純、更精、更佳的方向發(fā)展：（1）33#低硅低鈉、36#低硅低鈉、零玻璃相滲出等產品，通過調整內部組分，減少基質玻璃相的含量，最大可能降低對玻璃液的污染。（2）高純α-氧化鋁磚、高純氧化鋯磚等產品，通過使用高純原料，提升產品主成分的含量，降低其雜質含量，最大可能降低對玻璃液的污染。中國熔鑄