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
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。
