不定形耐火材料的分類及應(yīng)用

不定形耐火材料又稱散裝耐火材料，由散裝顆粒及細(xì)粉組成，使用前無需燒成也無需成形。它可以根據(jù)需要，靈活地改變材料的組成性質(zhì)和工藝，如耐火材料的成分和粒度；結(jié)合劑的種類及添加量；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接縫的襯體，亦稱整體耐火材料。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，多年來運(yùn)行于不同部位的熱工設(shè)備的耐火層。

1、不定形耐火材料的分類

1）灌漿料

一種加水?dāng)嚢韬缶哂休^好流動(dòng)性的材料，也稱為澆灌料。成型后需經(jīng)過適當(dāng)養(yǎng)護(hù)，使其凝結(jié)、硬化，按一定制度烘烤后便可使用。灌漿料以硅酸鋁質(zhì)熟料、剛玉質(zhì)材料或堿性耐火熟料為骨料；輕質(zhì)澆灌料以膨脹珍珠巖、蛭石、陶粒、氧化鋁空心球?yàn)楣橇�。結(jié)合劑用鋁酸鈣水泥、水玻璃、硅酸乙酯、聚合氯化鋁、粘土或磷酸鹽等。外加劑視使用情況而定，其作用在于改善施工性能和提高理化性能。

灌漿料的施工成型方法有震動(dòng)法、泵注法、壓注法、噴射法等。用灌漿料作整體襯里，往往還要與金屬或陶瓷錨固件配合使用。如再加不銹鋼纖維增強(qiáng)，可提高其抗機(jī)械振動(dòng)和抗熱震能力。灌漿料用作各種熱處理爐、礦石焙燒爐、催化裂化爐、轉(zhuǎn)化爐等的內(nèi)襯，也用作熔煉爐和高溫熔體流槽的內(nèi)襯，如鉛鋅熔化爐、錫槽、鹽浴爐、出鋼或出鐵槽、盛鋼桶、鋼水真空循環(huán)脫氣裝置吸嘴等。

2）可塑料

具有可塑性的泥料或泥坯。施加適當(dāng)外力時(shí)，容易變形而不開裂；應(yīng)力消除后，不再變形�？伤芰喜馁|(zhì)有半硅質(zhì)、粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、鋯英石質(zhì)、碳質(zhì)等，也有輕質(zhì)可塑料�？伤芰媳仨毤尤胨芑�材料，塑化材料多半為高可塑性粘土，還可用增塑劑提高這種粘土的可塑性。增塑劑有羧甲基纖維素、糊精、木質(zhì)素磺酸鹽等�？伤芰纤�用的結(jié)合劑有可塑粘土、 磷酸、 磷酸二氫鋁、硫酸鋁等。加磷酸或磷酸鹽結(jié)合劑的氧化鋁質(zhì)可塑料，保存過程中會(huì)與氧化鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶性的正磷酸鋁而使泥料硬化，因此要加保存劑，如草酸、檸檬酸、乙酰丙酮等。

施工方法一般采用搗打法或震動(dòng)法。用可塑料修筑整體爐襯時(shí)，必須配置金屬或陶瓷錨固件�？伤芰嫌米骶鶡釥t、加熱爐、鍋爐等熱工設(shè)備的內(nèi)襯，還用于包扎加熱爐水冷管。

3）噴補(bǔ)料

以噴射機(jī)進(jìn)行噴補(bǔ)或噴涂用的一種耐火混合料。按噴補(bǔ)方法可分為濕法噴補(bǔ)（或稱泥漿法噴補(bǔ)）、半干法噴補(bǔ)和火法（火焰）噴補(bǔ)。濕法噴補(bǔ)借助壓縮空氣噴送含有20～40%耐火粉料的泥漿，可以達(dá)到較高的霧散，附著率高，可進(jìn)行較均勻的薄層噴補(bǔ)。半干法噴補(bǔ)是在噴頭處加水潤濕由壓縮空氣噴送的耐火粉料，加水量為11～14%，附著率較低,可進(jìn)行較厚層的噴補(bǔ)�；鸱▏娧a(bǔ)屬于干法噴補(bǔ),把噴補(bǔ)料送到燃料-氧氣噴槍的火焰中，噴補(bǔ)料在噴嘴火焰中部分熔化而附著在磚襯上。

噴補(bǔ)料材質(zhì)有鋁硅質(zhì)、鋁硅鋯質(zhì)、 鎂質(zhì)、 鎂鈣質(zhì)、鎂鉻質(zhì)等。所用的結(jié)合劑有硅酸鈉、磷酸鹽、聚磷酸鹽、瀝青、樹脂等。為了提高附著率，加有粘土、澎(膨)潤土、石灰等加入物。為了保證噴補(bǔ)料能達(dá)到良好燒結(jié)，還加入助燒結(jié)劑，如蛇紋石、純橄欖石、石灰、耐火粘土、氧化鐵等。

4）耐火涂料

涂覆于耐火磚襯上的材料。根據(jù)使用要求和施工方法的不同，耐火涂料有配制成泥膏狀和泥漿狀等形態(tài)。所用結(jié)合劑因材質(zhì)而異，如配制連鑄中間包用堿性涂料磷酸鹽、聚磷酸鹽、硫酸鎂；配制高鋁質(zhì)涂料則用粘土、磷酸二氫鋁、鋁鉻磷酸鹽、水玻璃等。為了提高涂料的涂抹性，一般要加增塑劑等外加劑。涂料主要用作各種熱工設(shè)備內(nèi)襯的保護(hù)涂層，或用于修補(bǔ)磚襯局部損壞處。

5）搗打料

一種可塑性極低或不具有可塑性的散狀耐火材料。材質(zhì)有硅質(zhì)、粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、鋯英石質(zhì)、碳化硅質(zhì)、碳質(zhì)、鎂質(zhì)等。根據(jù)搗打料材質(zhì)和使用條件，可采用與澆灌料相似的無機(jī)結(jié)合劑或有機(jī)結(jié)合劑，如水溶性的糊精、羧甲基纖維素、木質(zhì)素、磺酸鹽、聚乙烯醇；抗水而具有熱可塑性的石蠟、 瀝青、 焦油、酚醛樹脂、無規(guī)聚丙烯等。

搗打料采用強(qiáng)制搗打施工，氣孔率較低，密度較高，因此，在不定形耐火材料中，搗打料特別適于作熔煉爐爐襯和盛高溫金屬熔液的各種容器的襯里。如平爐和電爐爐床、各種感應(yīng)爐爐襯、高爐出鐵溝、盛鋼桶等。

6）投射料

一種半干狀的、用投射機(jī)投射筑襯的泥料。主要用于修筑整體盛鋼桶內(nèi)襯。材料有硅質(zhì)、蠟石質(zhì)、粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)和鋯英石質(zhì)等。使用較多的是高硅質(zhì)和高鋁質(zhì)投射料。

2、不定形耐火材料的應(yīng)用

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。下圖是鋼纖維澆注料圖，鋼纖維澆注料預(yù)制塊應(yīng)用特殊的工藝制成。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。

圖注：鋼纖維澆注料

2）不定形耐火材料在高爐上的應(yīng)用

高爐是煉鐵的一種重要設(shè)備。小型高爐曾采用高鋁水泥和磷酸高鋁質(zhì)耐火燒注料預(yù)制塊吊裝砌筑，現(xiàn)在普遍采用樹脂結(jié)合劑鋁碳不燒磚砌筑。大型高爐水冷壁用SiC澆注料搗制、爐底墊層和周圍磚縫則用耐火澆注料和氮化硅質(zhì)填料。而其爐墻用耐火材料的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是采用澆注料。日本鋼管公司福山廠2號(hào)高爐在爐身上部使用了一種Al₂O₃50%，SiO₂45%的高密度澆注料。經(jīng)過6年使用，發(fā)現(xiàn)很少發(fā)生剝落現(xiàn)象。

目前，國內(nèi)外用于高爐出鐵溝的不定形耐火材料主要為Al₂-O₃-SiC-C(簡(jiǎn)稱ASC)質(zhì)，此外還有莫來石-SiC-C質(zhì)，Al₂O₃-C質(zhì)，鎂鋁尖晶石等類型。我國主要使用剛玉-SiC系澆注料。日本現(xiàn)在絕大部分高爐出鐵溝都使用ASC澆注料和修補(bǔ)用噴補(bǔ)料，部分小高爐出鐵溝使用礬土或合成莫來石-SiC-C質(zhì)搗打料。德國、法國的高爐出鐵溝一般也使用ASC質(zhì)搗打料。法國研制出了自流澆注料，使主出鐵溝工作襯壽命得到提高。

3）不定形耐火材料在鋼包上的應(yīng)用

出鋼溫度的提高和鋼液在鋼包中停留時(shí)間的延長，使鋼包用耐火材料發(fā)生了很大的變化。鋼包曾以定型耐火材料為主體，現(xiàn)被不定形耐火材料替代。鋼包的不定形化既可以省力，又能實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化施工和干燥，提高整體的經(jīng)濟(jì)性。鋼包側(cè)墻為不定形時(shí)，其維修作業(yè)工時(shí)可省力40%，鋼包內(nèi)襯全是不定形時(shí)，省力效果則為70%。由于Al₂O₃-尖晶石澆注料有抗蝕性好，結(jié)構(gòu)剝落小，使用壽命長及可改善鋼的質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使它成為當(dāng)前鋼包用耐火材料的主要角色。但它的使用受到溫度和鋼水停留時(shí)間的限制，日本Kawasa-ki公司開發(fā)的Al₂O₃-MgO澆注料，其材料強(qiáng)度和抗渣滲透性有了提高，壽命也比Al₂O₃-尖晶石澆注料提高20%。目前，在鋼包上試用鎂質(zhì)耐火澆注料和鋁鎂碳質(zhì)耐火澆注料,也初見成效。

4）不定形耐火材料在有色冶金中的應(yīng)用

圖注：反射爐

煉鋁反射爐是鋁廠耐火材料消耗大戶。爐缸用耐火材料已經(jīng)從磚砌變?yōu)檎�體結(jié)構(gòu)，與爐缸熱面金屬接觸的耐火材料通常為酸鹽結(jié)合的可塑料、磷酸鹽結(jié)合磚以及低水泥澆注料，下部側(cè)墻的熱面耐火材料組成通常與爐缸相同，隔熱材料可用輕質(zhì)隔熱澆注料，隔熱粘土磚或陶瓷纖維等；爐頂材料通常為搗打料，燒注料等優(yōu)質(zhì)耐火材料；爐門通常用致密澆注料或輕質(zhì)澆注料,亦可用二者的混合料進(jìn)行澆注。

圖片

電解煉鋁中，不定形耐火材料主要用在了盛鋁桶上。盛鋁桶用耐火材料要求能耐鋁水的侵蝕，能承受急冷急熱的作用和保溫性能好。盛鋁桶非工作襯一般采用輕質(zhì)澆注料或輕質(zhì)高鋁磚。如果盛鋁桶中的鋁液要放置很長的時(shí)間，通常采用隔熱澆注料，以止鋁液在運(yùn)送過程中凝固�，F(xiàn)在為了減輕罐體的自重，加強(qiáng)保溫效果，非工作襯采用氧化鋁空心球耐火澆注料。工作襯一般采用含SiO₂低的高鋁磚砌筑，現(xiàn)在有的罐體采用剛玉質(zhì)耐火澆注。在煉銅工業(yè)中，因?yàn)镃uO作為爐渣的組成部分侵蝕性很強(qiáng)，故粗煉爐中廣泛采用堿性耐火材料。如反射爐、轉(zhuǎn)爐、閃速爐及回轉(zhuǎn)陽極爐的各部分均采用堿性的鎂鉻磚或者以MgO為基質(zhì)的堿性搗打料，尤其是維修補(bǔ)爐時(shí)用。精煉部分由于渣量和溫度均下降，則可用澆注料、可塑料、噴涂料和高鋁磚等硅酸鋁質(zhì)耐火材料。