耐火材料

耐火材料耐火材料的定义耐火材料一般是指耐火度在1580℃以上的无机非金属材料.它包括天然矿石及按照一定的目的要求经过一定的工艺制成的各种产品.具有一定的高温力学性能、良好的体积稳定性，是各种高温设备必需的材料。耐火材料与高温技术相伴出现，大致起源于青铜器时代中期。中国东汉时期已用粘土质耐火材料做烧瓷器的窑材和匣钵。20世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维。现代，随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展，具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了应用。耐火材料的分类（1）按耐火度分类：一般的讲，耐火材料可以按照其耐火度分为三类：1580～1770℃普通耐火材料1770～2000℃高级耐火材料2000℃以上特级耐火材料（2）按外形分类：标准砖、异型砖、特异型砖和不定形材料。耐火材料的分类（3）按制造方法分类：烧成制品、不烧制品、熔铸制品和不定形耐火材料。（4）按化学矿物组成分类：硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、铬质、碳质、锆质，还有特殊耐火材料，如：纯氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物和金属陶瓷等。耐火材料的分类（5）按气孔率分类：按气孔率一般分为七类：1）显气孔率小于3%的归为特致密制品；2）显气孔率3%～10%的归为高致密制品；3）显气孔率10%～16%的归为致密制品；4）显气孔率16%～20%的归为烧结制品；5）显气孔率20%～30%的归为普通制品；6）显气孔率45%～85%的归为轻质制品；7）显气孔率85%以上的归为超轻质制品；耐火材料的分类（6）按化学特性分类：1）酸性耐火材料。酸性耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料，主要指硅砖和锆英石砖。酸性耐火材料能耐酸性熔渣侵蚀。2）中性耐火材料。中性耐火材料主要是指以Al2O3、Cr2O3、碳化硅和碳为主要成分的耐火材料，如刚玉砖、高铝砖、碳化硅砖、氮化硅砖、炭砖等。其特性是对酸性渣和碱性砖都具有抗蚀能力。3）碱性耐火材料。碱性耐火材料主要是指以MgO、CaO为主要成分的耐火材料，包括镁砖、镁铝砖、镁铬砖、白云石砖等。碱性耐火材料对碱性渣有较强的抗侵蚀能力。粘土砖粘土砖粘土砖是指Al2O3含量为30%~40%硅酸铝材料的粘土质制品。粘土砖是用50%的软质粘土和50%硬质粘土熟料，按一定的粒度要求进行配料，经成型、干燥后，在1300~1400℃的高温下烧成。粘土砖的矿物组成主要是高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O）和6%~7%的杂质（钾、钠、钙、钛、铁的氧化物）。粘土砖的烧成过程，主要是高岭石不断失水分解生成莫来石（3Al2O3·2SiO2）结晶的过程。粘土砖中的SiO2和Al2O3在烧成过程中与杂质形成共晶低熔点的硅酸盐，包围在莫来石结晶周围。粘土砖属于弱酸性耐火制品，能抵抗酸性熔渣和酸性气体的侵蚀，对碱性物质的抵抗能力稍差。粘土砖的热性能好，耐急冷急热。粘土砖粘土砖的耐火度与硅砖不相上下，高达1690~1730℃，但荷重软化温度却比硅砖低200℃以上。因为粘土砖中除含有高耐火度的莫来石结晶外，还含有接近一半的低熔点非晶质玻璃相。在0~1000℃的温度范围内，粘土砖的体积随着温度升高而均匀膨胀，线膨胀曲线近似于一条直线，线膨胀率为0.6%~0.7%，只有硅砖的一半左右。当温度达1200℃后再继续升温时，其体积将由膨胀最大值开始收缩。粘土砖的残余收缩导致砌体灰缝的松裂，这是粘土砖的一大缺点。当温度超过1200℃后，粘土砖中的低熔点物逐渐熔化，因颗粒受表面张力作用而互相靠得很紧，从而产生体积收缩。粘土砖由于粘土砖的荷重软化温度低，在高温下产生收缩，导热性能比硅砖小15%~20%，机械强度也比硅砖差，所以，粘土砖只能用于焦炉的次要部位，如蓄热室封墙，小烟道衬砖及蓄热室格子砖、炉门衬砖、炉顶以及上升管衬砖等粘土质隔热耐火砖轻质粘土砖轻质粘土砖轻质粘土砖是含铝量30%-46%的轻质耐火制品，以粘土熟料或轻质熟料为主要原料，通常采用可燃物法生产，也可采用化学法或泡沫法形成多孔结构。配料与水混合制成可塑泥料或泥浆，以挤压成型或浇注成型，干燥后于1250-1350℃氧化气氛中烧成。常用的粘土砖的体积密度为0.75-1.2g/cm3之间.现实中用比重为1.0的较多。轻质粘土砖的用途广泛，主要用于各种工业窑炉中不接触熔物和无侵蚀气体作用的隔热层材料，使用温度为1200-1400℃.轻质粘土砖高铝砖高铝砖三氧化二铝(Al2O3)含量高于48％的硅酸铝质耐火材料制品。如Al2O3含量高于90％,称为刚玉砖。由于资源不同,各国标准也不完全一致。例如欧洲各国对高铝质耐火材料规定Al2O3含量下限为42％。在中国,按高铝砖中Al2O3含量通常分成三等:Ⅰ等─Al2O3含量＞75％；Ⅱ等─Al2O3含量为60～75％;Ⅲ等─Al2O3含量为48～60％。原料根据资源条件和制品要求不同，可采用以下几类原料：以含水铝氧矿物(一水铝石、三水铝石等)为主要组成的高铝矾土；硅线石族矿物（包括蓝晶石、红柱石、硅线石等）;人工合成原料,如工业氧化铝、合成莫来石、电熔刚玉等。中国高铝钒土资源丰富，质地优良，产地主要分布在山西、河南、河北、贵州、山东等地。所产的高铝钒土，主要是一水铝石(α-Al2O3·H2O)和高岭石两种矿物的混合物。高铝矾土用回转窑或竖窑煅烧，烧结温度1500～1700℃。烧结良好的矾土,吸水率一般在4～7％。高铝砖制砖工艺高铝砖和多熟料粘土砖的生产工艺类似，不同之处在于配料中熟料比例较高,可高达90～95％,熟料在破碎前需分级拣选和筛分除铁，烧成温度较高，如Ⅰ、Ⅱ等高铝砖用隧道窑烧成时一般为1500～1600℃。中国生产实践证明，高铝熟料在破碎前严格拣选分级、并分级贮存，采用矾土熟料和结合粘土共同细磨方法，可提高产品质量。性质和用途高铝砖耐火度高，抗酸性、碱性熔渣侵蚀性强，高温机械强度大，因此广泛应用于冶金工业和其他炉窑。高铝砖理化指标低蠕变高铝砖低蠕变高铝砖：采用高温煅特级矾土、添加蠕变率小的高温材料，经高压成型和高温烧成。具有强度高、蠕变率低、使用温度高等特点。广泛应用于高温炉、热风炉膛内衬、格子砖等部位。低蠕变高铝砖理化指标镁质砖镁质砖■原料及工艺：氧化镁含量在90%以上、以方镁石为主晶相的碱性耐火材料。一般可分为烧结镁砖（又称烧成镁砖）和化学结合镁砖（又称不烧镁砖）两大类。纯度和烧成温度高的镁砖，由于方镁石晶粒直接接触，称为直接结合镁砖；用电熔镁砂为原料制成的砖称为电熔再结合镁砖。烧结镁砖以制砖镁砖为原料，经粉碎、配料、混练、成型后，在1550～1600℃的高温下烧成，高纯制品的烧成温度在1750℃以上。不浇镁砖是在镁砂中加入适当的化学结合剂，经混炼、成型、干燥而制成。镁质砖■特性：镁砖有较高的耐火度，很好的耐碱性渣性能，荷重软化开始温度高，但抗热震性能差。■应用：主要用于炼钢碱性平炉、电炉炉底和炉墙，氧气转炉的永久衬，有色金属冶炼炉，高温隧道窑，煅烧镁砖和水泥回转窑内衬，加热炉的炉底和炉墙，玻璃窑蓄热室格子砖等。电熔镁砖■原料及工艺：以电熔镁砂为原料的，采用高压成型，经过高温烧成及后期工艺处理。■特性：制品的致密度高，高温性能优良，耐水化性能好。■应用：使用于渣蚀和磨损严重的炼钢炉出钢口、有色冶金炉渣线、混铁炉出铁口、玻璃窑蓄热室格子体上部和燃烧室上部。镁质砖镁铝砖镁铝砖特点：用镁砂和少量工业氧化铝或矾土为原料烧制而成的一种碱性耐火材料。制品中氧化镁含量为85%左右。氧化铝含量为5%～10%，以方镁石为主晶相、镁铝尖晶石为次晶相（作为主要结合相）的碱性耐火材料。显气孔率一般为15～18%。热膨胀系数为10.6×10-6/℃。抗热震性比相应的镁砖好。由于基质中分布有熔点较高的镁铝尖晶石，其高温强度较高，荷重软化开始温度在1580℃以上。抗渣性也较好。一般以优质烧结镁砂为粒状料，加入按一定比例配合的镁砂同生矾土或轻烧矾土熟料或工业氧化铝组成的细粉，经混炼、成型和烧成而制得。应用：用于炼钢平炉炉顶，有色金属冶炼炉，水泥回转窑和高温隧道窑等。镁铝砖（高方镁石——镁铝尖晶石砖）主要理化指标镁铝尖晶石砖■原料及工艺：镁铝尖晶石砖采用高纯度镁砂和合成的镁铝尖晶石砂为主要原料，主晶相为方镁石和尖晶石。■特性：高温性能好，热震稳定性高，抗渣性能强。■应用：使用于水泥回转窑、玻璃窑格子体、石灰窑及耐火材料窑炉中温度变化大的部位等。镁铬砖镁铬砖特点：以氧化镁(MgO)和三氧化二铬(Cr2O3)为主要成分，方镁石和尖晶石为主要矿物组分的耐火材料制品。这类砖耐火度高,高温强度大,抗碱性渣侵蚀性强，热稳定性优良，对酸性渣也有一定的适应性。制造镁铬砖的主要原料是烧结镁砂和铬铁矿。镁砂原料的纯度要尽可能高，铬铁矿化学成分的要求为：Cr2O330～45％，CaO不大于1.0～1.5％。烧制镁铬砖的生产工艺与镁质砖大体相仿。为了消除砖在烧成过程中由于MgO和Cr2O3、Al2O3或铁的氧化物反应生成尖晶石时的膨胀而引起的松散效应，也可采用合成的共同烧结料制成镁铬砖。此外，还有不烧镁铬砖，例如，用无机镁盐溶液结合的不烧镁铬砖。不烧镁铬砖生产工艺简单，成本低，热稳定性也好，但高温强度远不及烧成砖。镁铬砖用铬矿－镁砂共磨压坯煅烧后制作的细粉，与镁砂粗颗粒配合制砖的方法,是消除松散效应的有效措施。用这种方法制成的镁铬砖，同普通镁铬砖相比，砖的气孔率低，耐压强度、荷重软化温度和抗折强度均较高。用铬矿-菱镁矿粉压坯,经高温煅烧的合成镁铬砂制成的镁铬砖，抗渣性和高温强度均比其他镁铬砖好。应用：镁铬砖主要用于治金工业，如构筑平炉炉顶、电炉炉顶、炉外精炼炉以及各种有色金属冶炼炉。超高功率电炉炉壁的高温部位采用熔铸镁铬砖，炉外精炼炉高侵蚀区采用合成料制成的镁铬砖，有色金属闪速熔炼炉高侵蚀区采用熔铸镁铬砖、合成料制成的镁铬砖。此外，镁铬砖还用在水泥回转窑烧成带和玻璃窑的蓄热室等部位。镁铬砖理化指标直接结合镁铬砖直接结合镁铬砖■特性：以高纯镁砂、改性铬矿及特定添加剂为主要原料，采用“预合成”生产工艺经高压成型、高温烧制而成：方镁石—方镁石晶粒间及方镁石—镁铬尖晶石晶粒间的晶界消失并呈网络状形成结合结构，杂质少硅酸盐相被MgO包围孤立存在于间隙中（即不能连续生成），同时砖中气孔孤立分布，使直接结合镁铬砖具有以下优良性能：1、因晶粒间数量少和集中存在，所以使直接结合镁铬砖的荷重软化高，高温抗折强度大大提高。2、晶粒间直接结合减轻了不同晶界膨胀系数之差和应力集中，使制品热震稳定性得到提高。3、由于杂质孤立存在封闭了气孔、堵塞了熔渣通道，使抗侵蚀性能得到了进一步提高。直接结合镁铬砖■应用：主要用于炼钢碱性平炉、电炉炉底和炉墙，氧气转炉的永久衬，有色金属冶炼炉，高温隧道窑，煅烧镁砖和水泥回转窑内衬，加热炉的炉底和炉墙，玻璃窑蓄热室格子砖等。半再接合镁铬砖再结合镁铬砖及半再结合镁铬砖■原料及工艺：采用合成的电熔镁铬砂为主要原料，精细配料，高压成型，超高温烧成。■特性：因原料纯度高，杂质含量低，制品的透气度小，高温强度高，热震稳定性好，抗冲刷、抗渣侵能力强。■应用：使用于冶金炉渣蚀最严重部位，如：炉外精炼装置AOD炉风眼区，RH炉真空室下部槽及浸渍管及各种高温窑炉的渣线部位等。※半再结合镁铬砖的生产工艺与再结合镁铬砖相同，只是采用的原料有一部分是电熔合成砂，其余各项性能介于直接结合镁铬砖和再结合镁铬砖之间。理化指标镁粉QN—1、QN—2、QN—3■原料及工艺：以不同纯度的镁砂为原料，根据不同需要，选择适宜的结合剂。■特性：施工性能好，粘结强度大，凝结时间为120秒左右，烧结强度高。■应用：使用于窑炉砌筑时定型制品的接缝材料。镁粉QN—5、QN—6■原料及工艺：分别以镁铬合成砂和镁铝合成砂为原料，采用合适的粒度组成，并使用优良的结合剂制成。■特性：施工性能好，粘结强度大，抗蚀能力强。■应用：使用于砌筑镁铬砖和镁铝砖时的接缝材料。