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耐火砖知识与新闻

不定型耐火浇注料常用的24种耐火原料

耐火浇注料是由一定级配的耐火骨料和粉状物料与结合剂、外加剂混合而成,不经过成型和烧成工序而直接使用的一类耐火材料。

近年来,不定型耐火制品的产量越来越高,应用范围也越来越广,由相关数据表明,从2013年开始,耐火浇注料的年产量如下图所示。

耐火浇注料是不需高温烧成,经过施工烘烤后直接使用,且生产工艺简单、节约能源和劳动力、可机械化施工、整体性好、易修补和寿命高的新型耐火材料。

01

耐火浇注料的分类

耐火浇注料通常根据气孔率的大小、选用的结合剂或结合方式、骨料的种类和施工方式进行分类。

按气孔率可分为致密耐火浇注料和隔热耐火浇注料。

按胶结方式分类,耐火浇注料可分为水合结合耐火浇注料、化学结合(含聚合结合)耐火浇注料、水合和聚合共同结合的耐火浇注料(典型代表为低水泥结合耐火浇注料)和凝聚结合耐火浇注料四大类型。

按结合剂和某些材料的特殊作用进行分类,可分为以下7类:

(1)黏土结合耐火浇注料;

(2)超微粉(如硅灰等)结合耐火浇注料;

(3)水泥结合耐火浇注料;

(4)化学结合耐火浇注料;

(5)ρ-AlO(水合AlO)结合耐火浇注料;

(6)低水泥结合耐火浇注料;

(7)硅、铝溶胶(溶胶-凝胶)结合耐火浇注料。

根据原料组合,耐火浇注料可以分为氧化物系耐火浇注料、非氧化物系耐火浇注料和复合耐火浇注料。氧化物系耐火浇注料又可细分为非碱性耐火浇注料和碱性耐火浇注料。

根据施工方式,耐火浇注料(体)可分为振动施工型耐火浇注料和自流型耐火浇注料两大类。

根据耐火浇注料是否含水泥成分或CaO含量可简单地分为普通耐火浇注料、低水泥耐火浇注料、超低水泥耐火浇注料和无水泥耐火浇注料四大类。

耐火骨料是耐火浇注料中+0.88mm或+0.1mm的部分,是耐火浇注料组织结构中的主体材料,起到骨架的作用。耐火粉料则是浇注料中的基质部分,经高温作用后联结或胶结耐火骨料,起到填充气孔、达到紧密堆积、保证混合料的流动性、体积稳定性并促进烧结的作用,最终提高耐火浇注料的密度、强度和高温性能。

因此耐火浇注料的性能主要取决 于配方中所使用的原料,为了提高耐火浇注料的性能,大部分厂商已经在主原料中采用高纯原料、均质料、电熔料、合成材料、转型材料以及超细粉。下面说一下在耐火浇注料的配方当中,经常用到的24种原料。

02

耐火浇注料主原料

(1)烧结刚玉

烧结刚玉也称为烧结氧化铝或半熔氧化铝,是以煅烧氧化铝或工业氧化铝为原料,经磨细成球或坯体,在1750~1900℃高温下烧结而成的耐火熟料。含三氧化二铝99%以上的烧结氧化铝多由均一的细晶刚玉直接结合而成。显气率为3.0%以下,体积密度达到3.60%/m³,耐火度接近刚玉的熔点,高温下具有较好的体积稳定性与化学稳定性,不受还原气氛、熔融玻璃和金属液的侵蚀,常温、高温机械强度和耐磨性较好。

(2)电熔刚玉。

电熔刚玉是以纯氧化铝粉末为原料在高温电炉熔融制成的人造刚玉。具有熔点高、机械强度大、抗热震性好、抗侵蚀性强及线膨胀系数小等特点。电熔刚玉是制造高级特殊耐火材料的原料。主要包括电熔白刚玉、电熔棕刚玉、亚白刚玉等。

(3)电熔白刚玉。

电熔白刚玉是以纯氧化铝粉末为原料,经高温熔炼而成的,呈白色。白刚玉的冶炼过程,基本上是工业氧化铝粉熔化再结晶的过程,不存在还原过程。AlO含量不小于9%,杂质含量很少。硬度比棕刚玉略小、韧性稍低。常用于制作磨具、特种陶瓷及高级耐火材料。

(4)电熔棕刚玉。

电熔棕刚玉是以高铝矾土为主要原料并配以焦炭(无烟煤),经高温电炉在2000℃以上熔炼而成的。主要化学成分为AlO、TiO并含有少量的SiO和FeO等。电熔棕刚玉质地致密,硬度高,常用于陶瓷、精密铸造及高级耐火材料。

(5)亚白刚玉。

亚白刚玉是在还原气氛和控制条件下电熔特级或一级铝矾土而制得的。熔融时加入还原剂(碳)、沉降剂(铁屑)及脱碳剂(铁鳞)。由于其化学成分和物理性能均接近白刚玉,故称为亚白刚玉。它的体积密度在3.80g/cm3以上,显气孔率小于4%,是制造高级耐火材料与耐磨材料的理想材料。

(6)莫来石。

莫来石是以3Al₂O₃·2SiO为主晶相的耐火原料。天然莫来石非常少,通常用烧结法或电熔法等人工合成。莫来石具有膨胀均匀、热震稳定性好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点。

(7)锆刚玉莫来石。

锆刚玉莫来石是以工业氧化铝、高岭土和锆英石为主要原料,经细磨、均匀混合、半干压球,并经1600~1700℃高温煅烧合成的。增加锆英石含量会导致烧结温度提高,减少总收缩量,增加封闭气孔,这些反应使烧结锆刚玉莫来石具有较高的密度和强度以及较好的抗热震稳定性和抗渣性。

(8)镁铝尖晶石。

镁铝尖晶石是以工业氧化铝和轻烧氧化镁为原料,经高温烧结或电熔合成的。镁铝尖晶石的化学式为MgO·Al₂O₃,其中MgO含量为28.2%,AlO含量为71.8%。具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、熔点高、热膨胀小、热应力低、热震稳定性好,抗碱性渣侵蚀能力强及良好的电绝缘性能等优点。

(9)硅线石、红柱石、蓝晶石。

化学式为AlO·SiO,理论组成为AlO63.1%,SiO36.9%。加热后均不可逆地转化成莫来石和方石英,具有抗渣蚀性良好、热震稳定性好、荷重软化点高等优点,蓝晶石族矿物产品是不定形耐火材料的优质原料,硅线石和红柱石因加热时体积变化较小,可直接制砖或作耐火骨料;蓝晶石加热时体积膨胀大,如作不定形耐火材料的膨胀剂,可直接使用。

(10)高铝矾土。

我国高铝矾土资源主要分布在山西、河南、广西和贵州。经高温煅烧的高铝矾土熟料主要用于高铝质耐火材料,也可用来制作电熔棕刚玉、亚白刚玉。近年来,我国生产的均化矾土熟料,由于其吸收率低、性能稳定,在不定形耐火材料中的应用取得良好的效果。

(11)软质黏土。

软质黏土的矿物组成主要为高岭石或多水高岭石,夹杂有其他杂质矿物,AlO含量可以从22%至38%,耐火度平均在1600℃左右,软质黏土多呈土状,颗粒细微,在水中易分散,可塑性与黏结性很强。在可塑料、捣打料、喷补料及耐火泥浆及中低档耐火材料中有广泛应用。

(12)黏土熟料。

按照所用原料及生产方法的不同,耐火黏土熟料可分为两种类型:一类是将硬质黏土块直接在窑炉中锻烧而得;另一类是采用高岭土或硬质黏土,经细磨、均化、压滤脱水、干燥,最后在窑炉中燃烧而成,是高质量的黏土熟料。硬质黏土熟料的主要矿物相为莫来石,占35%~55%,其次为玻璃相与方石英。黏土熟料是普通硅酸铝耐火材料的主要原料。

(13)菱镁矿。

菱镁矿是以碳酸镁(MgCO3)为主要成分的天然碱性矿物原料。我国菱镁矿资源丰富,品质高,储量大。菱镁矿主要分布在辽宁省。菱镁矿主要用于生产烧结镁砂、电熔镁砂及生产碱性耐火材料的原料。

(14)烧结镁砂。

烧结镁砂是将菱镁矿在1600~1900℃下充分烧结而得的产物,主要矿物为方镁石。优质镁砂MgO含量一般在95%以上,颗粒体积密度不小于3.30g/cm3,具有优良的抗碱性渣侵蚀的性能。烧结镁砂是生产碱性耐火材料的主要原料之一。

(15)电熔镁砂。

电熔镁砂是用精选的菱镁石或烧结镁砂在电弧炉中经2500℃上高温熔融而制成的。与烧结镁砂相比,主晶相方镁石晶粒粗大且直接接触,纯度高,结构致密,抗碱性渣强,热震稳定性好,是高级含碳不烧砖和不定形耐火材料的良好原料。

(16)碳化硅。

碳化硅通常是以焦炭和硅砂为主要原料的混合物经电炉高温熔炼制成的。在1400-1800℃的温度下生成β-SiC(立方晶),温度高于1800℃时生成α-SiC(六方晶)。碳化硅具有硬度高,热导率高,热膨胀率低及优良的抗中性与酸性渣等性能。商品碳化硅的组成范围为含SiC90%~99.5%,耐火浇注料、喷补料、捣打料和可塑料往往采用纯度较高的碳化硅。

(17)硅灰。

硅灰是生产硅铁和硅产品的副产品。外观为白色到深灰色的细粉,其颗粒呈圆形,颗粒直径一般为0.02~0.45μm,比表面积约为15~25m2/g,体积密度为0.15~0.25g/cm3,近年来,有些硅灰已作为主导产品,而不再是副产品。它纯度高,颜色为白色,且成分稳定。在自流浇注料中应用显示出良好的流变性。

(18)石墨。

石墨分为人造石墨和天然石墨。人造石墨是用石油焦烧结(加热到高于2800℃)或用石墨电极的工艺两种方式制成。天然石墨晶体为具有菱形六面体对称性的六方晶系。通常有三种形式:无定形态、鱗片石墨和纯结晶体。无定形石墨(没有形态)和人造石墨在浇注料的应用中其流动性优于鱗片石墨和结晶石墨。

(19)沥青。

煤焦油沥青比石油沥青具有较高的残碳量,都能有效地给耐火材料提供碳组分。根据物料的配方设计要求,可以细粉或颗粒形式使用。在不定形耐火材料应用中使用沥青优于其他形式的碳(如石墨),因为沥青熔化温度低,可包裹颗粒,因而提供了良好的抗渣侵蚀的保护层。

(20)铝酸钙水泥。

生产高铝水泥的主要方法是烧结法,较纯的石灰石是生产所有铝酸钙水泥的氧化钙原料,烧结氧化铝用于生产高档铝酸钙水泥,而低铁、低硅铝矾土用作中档和低档高铝水泥的氧化铝原料。纯铝酸钙水泥或高铝水泥是用于耐火浇注料和喷补料结合相的最重要的水硬性水泥。在耐火浇注料衬体施工时,必须严格控制水温和加水量、混练强度和时间、温度及升温速率,其中温度是最重要的参数,它显著影响水泥结合相的生成和加热初期水分的排出。

(21)硅溶胶。

硅溶胶是一种分散有二氧化硅颗粒的含水胶体,是触摸起来有点黏性的乳白色液体,具有高的比表面。硅溶胶可以通过脱水、改变pH值、加入盐或可与水混溶的有机溶剂来胶结。干燥时,通过快速脱水在颗粒表面形成硅氧(Si—0—Si)结合,从而产生聚合和内部结合。硅溶胶由溶液转化成固体通称为胶结。常用于涂料、浇注料、泵送料、捣打料和喷补料。

(22)硅酸钠。

常用的硅酸盐是硅酸钠(NaO·mSiO·nHO、硅酸钾和硅酸锂。硅酸钠的脱水物通常像玻璃一样透明,并可溶于水,所以亦称为水玻璃。工业产品中SiO/NO的摩尔比(称为水玻璃的模数)在0.5~4.0之间,耐火材料用硅酸钠的摩尔比为2.2~3.35。硅酸钠水溶液的黏度受其摩尔比和浓度影响,并随温度显著变化。硅酸钠在水溶液中发生水化,且溶液呈碱性。摩尔比越小,硅酸钠水化越明显,且pH值随摩尔比减少而下降。摩尔比较高的硅酸钠水化反应缓慢。选择硅酸钠结合耐火材料的固化剂需根据耐火材料的应用确定。常用的固化剂有氟硅酸钠、聚合氯化铝、磷酸、磷酸钠、聚合磷酸铝、聚合磷酸镁、戊硼酸铵、乙二醛、柠檬酸、酒石酸、乙酸乙酯等。

(23)磷酸和磷酸盐

正磷酸本身并无黏结性。当它与耐火物接触后,由于两者间迅速发生反应生成磷酸盐,才使它表现出良好的黏结性。不同形式的磷酸盐都可用作结合剂。使用与耐火材料最多的盐是磷酸铝,作为结合剂磷酸二氢铝以其在水中的溶解性、结合强度和稳定性而著称。磷酸钠在耐火材料中主要用于凝聚、解聚和用作碱性喷补料的结合剂。聚磷酸钠在浇注料中常被用作减水剂。另外磷酸钠可与碱土金属化合物(如CaO和MgO)发生反应,从而产生凝聚。正是基于磷酸钠的这种性能而使其应用于镁质碱性喷补料。

(24)ρ-Al₂O₃

ρ-AlO是一种活性氧化铝,它与其他晶态的AlO不同,是结晶最差的AlO变体。在AlO的各种晶态中,只有ρ-AlO在常温下具有自发水化反应,水化生成的三水铝石和勃姆石溶胶可以起到胶结和硬化作用。ρ-AlO在高温下最后都转变成一种优良的耐火物α-AlO(刚玉)。所以这种ρ-AlO结合的浇注料可以看做一种耐火材料自结合的浇注料,既起结合剂的作用,其本身又是高级耐火氧化物,具有显而易见的优良性能。

选用不同的原料作为耐火浇注料的主原料,便可制成性能不同、使用温度和范围不同的浇注料。当然只有主原料是不行的,还需要有结合剂、外加剂以及一些特殊的添加材料,这些都是为了提高耐火浇注料的性能,关于常用的其他材料,我们在下篇文章中再做详细的介绍。


TAG标签: 耐火浇注料 原料

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