耐火材料在鋼鐵工業(yè)的重要性

    　耐火材料在鋼鐵工業(yè)的重要性 鋼鐵工業(yè)是我國國民經濟的支柱產業(yè),鋼鐵工業(yè)中都要用到哪些耐火材料呢?下面給大家做簡單的介紹: 鋼鐵工業(yè)中主要用到澆注料包括:低水泥澆注料 鋼纖維澆注料,高鋁澆注料 耐火可塑料 耐火泥漿 剛玉澆注料等產品 耐火材料是應用于鋼鐵工業(yè)中的重要材料，它主要應用在煉鋼爐、煉鐵爐的內襯，承裝和運輸金屬及爐渣的鋼包的內襯，下道工序加熱鋼坯的爐子內襯，以及傳導熱氣的煙道和高爐爐身的內襯。因此，簡單地說，我們可以把它視作結構材料，它們可以承受的溫度為260-1760℃。

　　 耐火材料價格昂貴，任何耐火材料的事故都將導致浪費大量的生產時間和設備，有時甚至是產品本身。耐火材料類型也將影響能量的消耗和產品質量。因此，選取適合于各種應用的耐火材料是至關重要的。而經濟效益對此有很大的影響，適合某種用途的耐火材料不必是用得久的材料，而是能在安裝成本與使用性能之間取得平衡的材料，這種平衡不是固定不變的，而是隨著新工藝或新耐火材料的引入而不斷變化的。歷史證明，堅持不懈地尋求和開發(fā)更合理的冶金工藝，極大地推動了耐火材料的發(fā)展，這些耐火材料問題的迅速解決又成為近代鋼鐵工藝不斷發(fā)展的重要素。本文的內容是討論包括這些問題的許多因素，以及提供解決這些問題的信息。

　　耐火材料可以有許多分類方法，其中沒有一種是令人十分滿意的。從化學觀點來看，耐火材料和一般物質一樣分為三類：酸性、堿性和中性。理論上，酸性耐火材料不能應用于堿性爐渣，堿性氣體或煙氣，而在上述堿性介質中，好應用堿性耐火材料。實際上，由于各種原因，這些規(guī)則不斷地被打破。因而，長期以來化學分類只是學術上的，對于指導實際應用沒有多少價值。而且真正意義上的中性耐火材料是否存在也值得懷疑。通過用途來分類是相當廣泛采用的方法，如高爐耐火材料或氧氣煉鋼耐火材料，而且這些分類在不斷地被修正。 因此，我們根據(jù)所準備的原料和加工后的主要礦物質對耐火材料進行分類。我們確信這種分類方法為清楚理解鋼廠耐火材料的本質提供了大的可能性。

 A.氧化鎂或氧化鎂-氧化鈣類 這一類包括所有由天然或合成的菱鎂礦、水鎂礦、白云石得來的耐火材料。它們組成了重要的一類用于煉鋼過程的堿性耐火材料。所有這些材料被用作氧化鎂的來源。 合成氧化鎂由海水或鹵水中合成得來的氧化鎂（方鎂石）代表了重要的一種用于現(xiàn)代煉鋼設備的耐火材料原料。生產致密的合成氧化鎂需要很多步驟，簡單概括如下：

（1）Mgcl2+Ca,Mg(OH)2 =Mg(OH)2+CaCl2 海水或鹵水熟白云石氫氧化鎂殘留鹽 (2) Mg(OH)2 ℃Mg0(低密度的) (3) MgO ℃ Mgo(致密的） 所產生的致密氧化鎂一般純度可達95％-99%，這取決于生產過程和終應用要求。如上所示，氧化鎂可以由海水和熟石灰得到。終產品的致密度是通過在豎爐中高溫焙燒以及大面積的鍛燒，再經機械壓實而得到的。通過預燒耐火材料原料來從根本上消除其中間的收縮量或延伸量極其重要，這一點是顯而易見的，因為我們不可能指望在使用中會過度收縮或延伸的材料能夠用于儲存適當程度的金屬液或渣子。世界各地均有生產合成氧鎂（方鎂石）的大工廠，在美國密執(zhí)安州由鹵水井生產，而由海水中生產氧化鎂的工廠位于佛羅里達州、得克薩斯州、加里福尼亞州和馬里蘭州。

　　 B．鉻鎂類

　　　天然存在的鉻礦由耐火材料尖晶石構成，其中尖晶石是由不同比例的MgO,FeO,Al2O3,Cr2O3及Fe2O3和少量硅酸鹽組成的混合物。成分變化較大的鉻礦適合于做耐火材料用，大多數(shù)合適的格礦耐火材料產于菲律賓和南非，有些鉻礦在使用前需要經過精選以減少脈石（主要是二氧化硅）的含量。在耐火材料產品中，鉻礦主要與氧化鎂結合使用，這樣可以將兩種材料的佳特點結合起來。鉻礦在應用前不需要焙燒。 C.硅質耐火材料 石英砂石英砂或硅石是純度高、應用廣泛的含硅原料。產于賓夕法尼亞州，威斯康辛州、亞拉巴馬州、猶他州和加里佛尼亞州的大量巖石中含有超過98%的SiO2，長期以來它們用于硅磚生產。目前大量用于焦爐的硅磚仍然由石英砂生產。通過沖洗石英卵石和卵石團塊可以生產高純度的二氧化硅。 砂石砂石或火石基本上是由粘著的砂粒構成的一種沉積巖，通常含有90％～96％的SiO2,3% - 5%的Al2O3及一些氧化鐵和石灰。砂石相對柔軟，且有條紋，這樣易于切割成塊狀或其他形狀。 熔融石英高純度二氧化硅用電熔融后可以用來生產非晶或隱晶的熔融石英、這種具有特殊性能的團塊，用于低溫耐火材料。 鋯石和二氧化鋯鋯石耐火材料（ZrO2·SiO2)是由產于澳大利亞和佛羅里達的特殊鋯砂，經過浮選和磁精選生產出的。穩(wěn)定的二氧化鋯是由同種鋯砂通過電熔融并除去二氧化硅和其他雜質生產出來的。

　　 D耐火粘土類．

半硅質耐火粘土半硅質耐火粘土這一術語是指SiO2含量有一個較大范圍的粘土這里所說的系指含SiO2至少達75%用于半硅磚生產的粘土，它們具有很少的雜質如堿金屬，堿土金屬氧化物和鐵氧化物。 塑性耐火粘土是一種具有充分的天然塑性的耐火材料，用以粘接非塑性材料。 燧石耐火粘土它是一種硬的或像燧石狀的耐火粘土，以非層狀巖石存在，幾乎沒有天然的塑性，具有貝殼狀斷口。 球狀耐火粘土也叫伯雷耐火土或伯雷硬質粘土，球狀耐火粘土以巖石形式存在，有含鋁或含鐵的球狀物，或兩者均有，靠粘土粘接。 高嶺土盡管不是耐火粘土，但某些高嶺土是高級耐火材料，且越來越多地用于制作耐火磚。高嶺土可沉積和殘留，并且相當純，一般非常接近理論粘土成分，用AI2O3·2SiO2·2H2O表示。 正像后面將要介紹的那樣，耐火粘土一般通過預燒粘土和生粘土或未燒粘土相結合的方法生產。

　　E．高鋁類

　　這類包括用于生產耐火粘土所達不到的、含AI2O2高達44% 以的那些耐火材料，有很多種含不同礬土量的此類耐火材料，介紹如下： 含鋁高嶺土通過選礦和精選，可以從沉積在佐治亞州和阿拉巴馬州的高嶺土中生產出含AI2O3達50％-70%的原材料來，這些產品含有害雜質（如堿金屬和鐵氧化物）量很低，廣泛應用于耐火材料。近年來，先進的焙燒設備已經被用來將這此含鋁高嶺土制成致密、穩(wěn)定的材料。 硅線石、紅柱石和藍晶石這些礦石化學式均為Al2O3·SiO2,理論上含62.9%的Al2O3和37.1%的SiO3。加熱時，全部形成莫來石（2Al2O3·2SiO2）和硅質玻璃體，只是分解的難易程度不同。藍晶石易轉化，轉化溫度為1, 325℃，而硅線石的轉化困難，轉化溫度為1, 530℃。近年來產于佛吉尼亞州和北卡羅米納州的藍晶石已經廣泛地用于國內作為原料或鍛燒形式的耐火材料的生產。 高純礬土本質上，由用拜耳法從鋁礬土中得到的硝酸鋁生產出的鍛燒鋁礬土，通過燒結或熔解，可得到致密而純的Al2O3。盡管氧化鋁材料昂貴，但當其在純態(tài)或與前述粘土、鋁礬土或其他耐火材料一起使用時，可為耐火材料添加特殊性能。 礬土可以和純二氧化硅預反應以生產莫來石填料，或在加工過程中就地生產磚。

　　F．碳類 這一類包括天然或人造石墨，各種類型的煤、焦炭、碳化硅和氮化硅。石墨在國內外均分布廣泛。由于石墨常與石灰?guī)r或硅酸巖混合存在，所以它的提純非常昂貴。在塞隆和馬達加斯加發(fā)現(xiàn)的片狀石墨適合于生產坩堝和塞棒頭，塞棒頭上石墨由大塊粘土粘接。在與其他耐火材料混合使用時無定形的和片狀的石墨可以增加許多耐火材料的抗渣性。 碳磚或碳塊作為耐火材料應用非常廣泛，并且可以由鑄造焦炭、石油焦炭或煅燒無煙煤生產。瀝青也能作為粘和劑應用于此類耐火材料中。碳化硅是在高溫電爐中利用熔融石油焦和石英砂來生產的，純碳化硅可以直接使用，或作為添加料與耐火粘土、高純礬土或碳質耐火材料一起給耐火材料賦予一些特殊性能。耐火原材料 耐火原材料已經在前面介紹過，鍛燒材料經焙燒，去除揮發(fā)成份及水分，使材料致密， 在以后的使用中收縮量和反應小。鍛燒的溫度范圍為1093℃一1925℃生的或未鍛燒的材料使用時要比焙燒過的材料便宜，并且用于給某些耐火材料賦予某些可取的性能，諸如塑性，或體積膨脹。在生產或使用中，用粘合劑以增加耐火材料的強度，粘合劑包括：

 （a）臨時粘合劑，例如紙的副產品、糖或某些粘土，以增加生產中的輸送強度。

 （b）化學粘合劑，它們能在生產中、生產后或整體材料安裝時增加其強度。例如，硅酸鈉、磷酸、磷酸玻璃、鉻酸、硼酸和硫酸鎂。

 (c) 水泥粘合劑，這種粘合劑與水混合時靠液壓粘合。用于耐火材料的此類粘合劑主要是鈣一礬水泥，它能迅速粘合，并能維持粘合強度到中溫。 　　　　　(d) 有機粘合劑，諸如用于還原氣氛的焦油，瀝青，樹脂，在這種氣氛下碳殘留物保證粘接強度，或起防止變化作用。 在耐火材料生產前，生料處理過程對終產品的成分和性能有重要影響。

　　　高爐和附屬設備中的耐火材料: 這部分涉及到大量有關高爐耐火材料的設計和應用的信息，有關討論將補充這些信息。為方便起見，高爐耐火材料按其使用部位分為三部分：出鐵場用耐火材料，爐體用耐火材料，熱風爐及附屬設備用耐火材料。 小型高爐的出鐵口材料通常是將粘土、焦炭和瀝清混合，并且加水擠壓成形、而對于條件苛刻的大高爐，則需要使用無水出鐵口材料，并且要用焦油和其他能提高耐腐蝕性的骨料壓實（包括高鋁團塊，二氧化硅，硅鎳合金等等），這種無水材料的性質要求當它初較軟時，堵鐵口泥炮在它的位置上保留一小段時間，當它流到位后由于受熱而變硬，在每一次出鐵后，這種無水材料的消耗小于水處理的材料，而且其熱強度也比水處理材料高得多。

　　　出鐵溝耐火材料的設計也依賴于高爐的體積，對于小的且只有一個出鐵口的高爐，出鐵溝被設計成定期作業(yè)，然后排空，經常用一些低價的材料噴補爐襯或填塞加以維護，而對于大的有多個出鐵口的高爐，出鐵溝經常長期工作，不斷地與熱鐵水接觸，需要用昂貴的高鋁塑性材料和含有碳、硅的材料定期重新砌襯，大高爐出鐵溝更換前的壽命可達40萬到2000萬公噸。 高爐爐體高爐內條件變化很大，它的耐火材料損耗可以有幾種機理，在新的爐體內，一般傾向于用高鋁產品（氧化鋁的含量在6o%一99%），或具有高熱導率的碳材料，或特殊的Sic耐火材料。好的高爐爐襯主要依賴于所使用的冷卻系統(tǒng)，以及在高爐超齡條件下提供待續(xù)有效冷卻的能力。對于現(xiàn)代高爐，盡管使用昂貴的耐火材料延長了耐火材料的壽命，但壽命延長毫無疑問主要是由于更有效的冷卻（例如二倍的煙道冷卻板）和由于理想的高爐負荷而帶來的穩(wěn)定操作條件。高導熱型磚帶有外部冷卻，而低導熱材料使用冷卻板提供穩(wěn)定的爐襯厚度。爐腹區(qū)的耐火磚除了高導熱率外還需要抵抗前述各種損耗因素，這類耐火材料中只有高級的才能做到這一點。 在爐缸，由于鋼水凝固線在穩(wěn)定的位置可以保持很多年，帶有或不帶下冷卻的厚碳磚設計使爐齡日益延長。

　　 高爐內襯的壽命非常依賴于原始設計和操作條件，以至于不同規(guī)格的爐子，在不同的實踐中，很難比較不同耐火材料的性能。爐襯的壽命一般為3-10年，或者300萬噸到2000萬噸的產量。通過用特殊的水泥粘接澆注塊噴補高爐而經常進行的中間補爐可以短期延長高爐的使用，用這種噴補工序后可以使需要大修的高爐延長1-3年使用。近，特殊的無水漿材料已經被用來修復爐腹和低爐體區(qū)域，方法是在施加壓力的情況下，噴漿到需要修補的地方。 用來將熔融鐵水運往鋼廠的滑軌車（魚雷罐），通常用致密的耐火磚或高鋁磚砌筑內壁。近，用抗渣金屬侵蝕能力強的浸瀝青的爐襯使魚雷罐壽命得到了提高。魚雷罐壽命在很大程度上依賴于使用條件（輸送距離、每天運送次數(shù)）以及罐內渣量及倒渣次數(shù)。通常魚雷罐車的壽命在100000到200000公噸之間。如果罐能間歇地使用，清理并在冷下來后，用水泥粘結的耐火材料噴補，其壽命可達到300000到600000公噸，每噸磚或噴補操作的總消耗大致相同，選擇砌磚還是噴補取決于鋼廠的意向。魚雷罐鐵水脫硫會降低耐火材料壽命，從而有了使用更昂貴的耐火材料的必要。

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