耐火墁料

耐火墁料

凡物理化學性質允許其在高溫環境下使用的材料稱為耐火墁料。耐火材料廣泛用於冶金、化工、石油、機械製造、矽酸鹽、動力等工業領域,在冶金工業中用量最大,占總產量的50%~60%。

基本介紹

  • 中文名:耐火墁料
  • 外文名:Refractory
  • 特點:耐火
  • 領域:材料科學
  • 套用冶金、化工、石油、機械製造
  • 性質:耐火度不低於1580℃的材料
背景,分類,酸性,中性,鹼性,生產工藝,套用,

背景

耐火墁料套用於鋼鐵、有色金屬、玻璃、水泥、陶瓷、石化、機械、鍋爐、輕工、電力、軍工等國民經濟的各個領域,是保證上述產業生產運行和技術發展必不可少的基本材料,在高溫工業生產發展中起著不可替代的重要作用。自2001年以來,在鋼鐵、有色、石化、建材等高溫工業高速發展的強力拉動下,耐火材料行業保持著良好的增長態勢,已成為世界耐火材料的生產和出口大國。2011年中國耐火材料產量約占全球的65%,產銷量穩居世界耐火材料第一。2001-2010年耐火原料及製品產量穩步增長,其中“十五”末約為2001年的2倍;2010年全國耐火製品產量達2808.06萬噸,約為“十五”末的3倍。截止2011年,中國耐火材料行業共有規模以上企業1917家,從業人員超過30多萬人,實現銷殼試充售收入3376.79億元,實現產品銷售利潤477.37億元。但是,由於無序開採、加工技術水平不高,資源綜合利用水平較低,浪費較為嚴重,上述礦產資源、特別是高品位耐火原料資源已越來越少,節約資源、綜合利用資源已是當務之急。
宋楨雨認為,耐火材料行業必須引導原料礦山組織科學開採,對資源進行最佳化綜合利用,特別是不同品位礦藏的均化處理,杜絕濫采亂挖,逐步促進資源的更合理利用,使有限的資源發揮最大限度的作用,實現可持續發展。耐火材料行業發展與國內礦產資源的保有量休戚相關。鋁礬土、菱鎂礦和石墨是三大耐火原料。而中國是世界三大鋁土礦出口國之一,菱鎂礦儲量世界第一,還是石墨出口大國,豐富的資源支撐著中國耐火材料度過了高速發展的十年。與此同時,碑戀套中國耐火材料企業眾多,企業規模、工藝技術、控制技術、裝備水平參差不齊,先進的生產方式與落後的生產方式共存。行業整體清潔生產水平不高,節能減排任務艱巨。隨殼束著“十二五”期間,中國加快淘汰落後姜備灑櫻及高能耗產能,行業將重點開發和推廣新型節能爐窯,開發綜合節能技術,開展能源管理,“三廢”的排放控制和“三廢”資源化回收利用等。致力於用後耐火材料資源化和再利用,減少固廢排放,提高資源的綜合利用率,全面推進節能減排。
《耐火材料產業發展政策》指出,中國鋼鐵工業耐火材料單耗約為每噸鋼消耗25公斤左右,到2020年降至15公斤以下。2020年中國耐火材料更長壽、更節能、無污染、功能化的產品有大幅度提高,產品滿足冶金、建材、化工以及新興產業等國民經濟發展需要,提高出口產品的技術含量。

分類

在普通和特種耐火材料中,常用的品種主要有以下幾種:

酸性

用量較大的有矽磚和粘土磚。矽磚是含93%以上SiO2的矽質製品,使用的原料有矽石、廢矽磚等。矽磚抗酸性爐渣侵蝕能力強,但易受鹼性渣的侵蝕,它的荷重軟化溫度很高,接近其耐火度,重複煅燒後體積不收縮,甚至略有膨脹,但是抗熱震性多臭照擊差。矽磚主要用於焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設備。粘土磚中含30%~46%氧化鋁,它以耐火粘土為主要原料,耐火度1580~1770℃,抗熱震性好,屬於弱酸性耐火材料,對酸性爐渣有抗蝕性,用途廣泛,是生產量最大的一類耐火材料。

中性

高鋁質製品中的主晶相是莫來石和剛玉,剛玉的含量隨著氧化鋁含量的增加而增高,含氧化鋁95%以上的剛玉製品是一種用途較廣的優質耐火材料。鉻磚主要以鉻礦為原料製成的,主晶相是鉻鐵礦。它對鋼渣的耐蝕性好,但抗熱震性差,高溫荷重變形溫度較低。用鉻礦和鎂砂按不同比例製成的鉻鎂磚抗熱震性好,主要用作鹼性平爐頂磚。
碳質製品是另一類中性耐火材料,根據含碳原料的成分和製品的礦物組成,分為碳磚、石墨製品和碳化矽質製品三類。碳磚是用高品位的石油焦為原料,加焦油、瀝青作粘合劑,在1300℃隔絕空氣條件下燒成。石墨製品(除天然石墨外)用碳質材料在電爐中經2500~2800℃石趨戀囑墨化處理製得。碳化矽製品則以碳化矽為原料,加粘土、氧化矽等粘結劑在1350~1400℃燒成。也可以將碳化矽加矽粉在電爐中氮氣氛下製成氮化矽-碳化矽製品。碳質製品的熱膨脹係數很低,導熱性高,耐熱震性能好,高溫強度高。在高溫下長期使用也不軟化,不受任何酸鹼的侵蝕,有良好的抗鹽性能,也不受金屬和熔渣的潤濕,質輕,是優質的耐高溫材料。缺點是在高溫下易氧化,不宜在氧化氣氛中使用。碳質製品廣泛用於高溫爐爐襯(爐底、爐缸、爐身下部等)、熔煉有色金屬爐的襯裡。石墨製品可以做反應槽和石油化工的高壓釜內襯。碳化矽與石墨製品還可以製成熔煉銅同金和輕合金用的坩堝。

鹼性

以鎂質製品潤跨朵為代表。它含氧化鎂80%~85%以上, 以方鎂石為主晶相。生產鎂磚的主要原料有菱鎂礦、海水鎂砂由海水中提取的氫氧化鎂經高溫煅燒而成)等。對鹼性渣和鐵渣有很好的抵抗性。純氧化鎂的熔點高達2800℃,因此,鎂磚的耐火度較粘土磚和矽磚都高。20世紀50年代中期以來,由於採用了吹氧轉爐煉鋼和採用鹼性平爐爐頂,鹼性耐火材料的產量逐漸增加,粘土磚和矽磚的生產則在減少。鹼性耐火材料主要用於平爐、吹氧轉爐、電爐、有色金屬冶煉以及一些高溫熱工設備。

生產工藝

根據製品的緻密程度和外形不同,有燒結法、熔鑄法和熔融噴吹法等。 燒結法是將部分原料預燒成熟料,破碎和篩分,再按一定配比與生料混合,經過成型、乾燥和燒成。原料預燒的目的是將其中的水分、有機雜質、硫酸鹽類分解的氣體燒除,以減少製品的燒成收縮,保證製品外形尺寸的準確性。原料在破碎和研磨後還需要經過篩分,因為坯料由不同粒度的粉料進行級配,可以保證最緊密堆積而獲得緻密的坯體。
為了使各種生料和熟料的成分和顆粒均勻化,要進行混煉,同時加入結合劑,以增強坯料結合強度。如矽酸鋁質坯料加入結合粘土,鎂質坯料加入亞硫酸紙漿廢液,矽質坯料加入石灰乳等。根據坯料含水量的多少,可以採用半乾法成型(約含5%水分),可塑法成型(約含 15%水分)和注漿法成型(約含40%水分)。然後進行乾燥和燒成。熔鑄法是將原料經過配料混勻和細磨等工序,在高溫熔化,直接澆鑄,經冷卻結晶、退火成為製品。如熔鑄莫來石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們的坯體緻密,機械強度高、高溫結構強度大,抗渣性好,使用範圍不斷在擴大。熔融噴吹法是將配料熔化後,以高壓空氣或過熱蒸汽進行噴吹,使之分散成纖維或空心球的方法。製品主要用作輕質耐火、隔熱材料。此外,還可製成粉狀或粒狀不定形耐火材料,臨用時以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽等結合劑膠結,不經成型和燒結而直接使用。

套用

經常使用的特殊材料有AZS磚、剛玉磚直接結合鎂鉻磚碳化矽磚氮化矽結合碳化矽磚、氮化物、矽化物、硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化鈣、氧化鉻、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹等耐火材料。 經常使用的隔熱耐火材料有硅藻土製品、石棉製品、絕熱板等。經常使用的不定形耐火材料有補爐料、搗打料、澆注料、可塑膠、耐火泥、噴補料、投射料、塗料、輕質耐火澆注料、炮泥等。

中性

高鋁質製品中的主晶相是莫來石和剛玉,剛玉的含量隨著氧化鋁含量的增加而增高,含氧化鋁95%以上的剛玉製品是一種用途較廣的優質耐火材料。鉻磚主要以鉻礦為原料製成的,主晶相是鉻鐵礦。它對鋼渣的耐蝕性好,但抗熱震性差,高溫荷重變形溫度較低。用鉻礦和鎂砂按不同比例製成的鉻鎂磚抗熱震性好,主要用作鹼性平爐頂磚。
碳質製品是另一類中性耐火材料,根據含碳原料的成分和製品的礦物組成,分為碳磚、石墨製品和碳化矽質製品三類。碳磚是用高品位的石油焦為原料,加焦油、瀝青作粘合劑,在1300℃隔絕空氣條件下燒成。石墨製品(除天然石墨外)用碳質材料在電爐中經2500~2800℃石墨化處理製得。碳化矽製品則以碳化矽為原料,加粘土、氧化矽等粘結劑在1350~1400℃燒成。也可以將碳化矽加矽粉在電爐中氮氣氛下製成氮化矽-碳化矽製品。碳質製品的熱膨脹係數很低,導熱性高,耐熱震性能好,高溫強度高。在高溫下長期使用也不軟化,不受任何酸鹼的侵蝕,有良好的抗鹽性能,也不受金屬和熔渣的潤濕,質輕,是優質的耐高溫材料。缺點是在高溫下易氧化,不宜在氧化氣氛中使用。碳質製品廣泛用於高溫爐爐襯(爐底、爐缸、爐身下部等)、熔煉有色金屬爐的襯裡。石墨製品可以做反應槽和石油化工的高壓釜內襯。碳化矽與石墨製品還可以製成熔煉銅同金和輕合金用的坩堝。

鹼性

以鎂質製品為代表。它含氧化鎂80%~85%以上, 以方鎂石為主晶相。生產鎂磚的主要原料有菱鎂礦、海水鎂砂由海水中提取的氫氧化鎂經高溫煅燒而成)等。對鹼性渣和鐵渣有很好的抵抗性。純氧化鎂的熔點高達2800℃,因此,鎂磚的耐火度較粘土磚和矽磚都高。20世紀50年代中期以來,由於採用了吹氧轉爐煉鋼和採用鹼性平爐爐頂,鹼性耐火材料的產量逐漸增加,粘土磚和矽磚的生產則在減少。鹼性耐火材料主要用於平爐、吹氧轉爐、電爐、有色金屬冶煉以及一些高溫熱工設備。

生產工藝

根據製品的緻密程度和外形不同,有燒結法、熔鑄法和熔融噴吹法等。 燒結法是將部分原料預燒成熟料,破碎和篩分,再按一定配比與生料混合,經過成型、乾燥和燒成。原料預燒的目的是將其中的水分、有機雜質、硫酸鹽類分解的氣體燒除,以減少製品的燒成收縮,保證製品外形尺寸的準確性。原料在破碎和研磨後還需要經過篩分,因為坯料由不同粒度的粉料進行級配,可以保證最緊密堆積而獲得緻密的坯體。
為了使各種生料和熟料的成分和顆粒均勻化,要進行混煉,同時加入結合劑,以增強坯料結合強度。如矽酸鋁質坯料加入結合粘土,鎂質坯料加入亞硫酸紙漿廢液,矽質坯料加入石灰乳等。根據坯料含水量的多少,可以採用半乾法成型(約含5%水分),可塑法成型(約含 15%水分)和注漿法成型(約含40%水分)。然後進行乾燥和燒成。熔鑄法是將原料經過配料混勻和細磨等工序,在高溫熔化,直接澆鑄,經冷卻結晶、退火成為製品。如熔鑄莫來石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們的坯體緻密,機械強度高、高溫結構強度大,抗渣性好,使用範圍不斷在擴大。熔融噴吹法是將配料熔化後,以高壓空氣或過熱蒸汽進行噴吹,使之分散成纖維或空心球的方法。製品主要用作輕質耐火、隔熱材料。此外,還可製成粉狀或粒狀不定形耐火材料,臨用時以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽等結合劑膠結,不經成型和燒結而直接使用。

套用

經常使用的特殊材料有AZS磚、剛玉磚直接結合鎂鉻磚碳化矽磚氮化矽結合碳化矽磚、氮化物、矽化物、硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化鈣、氧化鉻、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹等耐火材料。 經常使用的隔熱耐火材料有硅藻土製品、石棉製品、絕熱板等。經常使用的不定形耐火材料有補爐料、搗打料、澆注料、可塑膠、耐火泥、噴補料、投射料、塗料、輕質耐火澆注料、炮泥等。

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