耐火材料發展動态及趨勢

優質合成耐火原料的研發步伐加快(kuài)

目前,一些地方天然原料使用量在減少,而高純合成原料用量在不斷增長,其原因是大(dà)量使用合成原料的不定形耐火材料比例在增加,而大(dà)量使用天然原料的黏土(tǔ)磚、高鋁磚、锆英石磚産量在減少。用戶對錦鵬祥耐火材料使用壽命有更高的要求,這方面高純合成原料更能滿足需要。

最近發展的有代表性的幾種合成原料:

1.用高嶺土(tǔ)和工業氧化鋁作(zuò)原料,經濕法研磨,真空擠壓成球,然後在高溫下煅燒制成的莫來(lái)石基熟料,具有良好的熱(rè)機(jī)械性能,在窯具以及不定形耐火材料方面有很好的應用前景。

2.同樣用高嶺土(tǔ)和苛性鎂砂作(zuò)原料,經濕法研磨,真空擠壓成球,然後高溫煅燒,能得(de)到晶體(tǐ)發育良好的堇青石熟料,在窯具方面具有很好的應用前景。

3.由于潔淨鋼、低碳鋼、高氧鋼以及不鏽鋼的發展,使得(de)含遊離(lí)鈣的堿性耐火材料逐漸受到重視,例如(rú),鎂?鈣熟料。

4.礬土(tǔ)基電熔剛玉和礬土(tǔ)基電熔莫來(lái)石,礬土(tǔ)基電熔莫來(lái)石 氧化锆以及電熔剛玉 氧化锆,電熔氧化鎂 氧化锆等合成原料,也得(de)到迅速發展。

5.值得(de)一提的是,一種球狀緻密空心合成莫來(lái)石骨料在不定形耐火材料生(shēng)産中得(de)以應用。該材料的特點是,空心外殼壁厚0.2毫米～5毫米,直徑1.5毫米～40毫米,表面可(kě)以光(guāng)滑、平整,也可(kě)粗糙、凹凸不平,球殼可(kě)以是單層,也可(kě)以是雙層,表面突出的部位可(kě)以是緻密的,也可(kě)以是空心的。因此在澆注料中應用不僅能改善材料的隔熱(rè)性能,而且能降低體(tǐ)積密度而不破壞其強度。

紅(hóng)柱石、矽線石、藍晶石原料受寵

由于紅(hóng)柱石、矽線石、藍晶石在高溫下相(xiàng)變爲莫來(lái)石,而莫來(lái)石膨脹系數較小,有利于提高材料的抗熱(rè)震性。在材料中添加紅(hóng)柱石,能形成熱(rè)應力擴散的無數細微空隙,使得(de)因膨脹冷(lěng)縮在耐材内部産生(shēng)的應力得(de)到釋放(fàng),從(cóng)而提高了材料的抗熱(rè)震性。矽線石完全莫來(lái)石化的溫度較高,這對提高制品高溫抗蠕變性有利。此外,莫來(lái)石化伴随産生(shēng)的體(tǐ)積膨脹效應也對高溫抗蠕變有利。

資料指出,以紅(hóng)柱石爲主原料的紅(hóng)柱石磚,其抗蠕變性好于普通高鋁磚、剛玉磚和大(dà)部分(fēn)的莫來(lái)石磚。因此,開發利用“三石”以改善鋁矽系耐火材料的顯微結構和熱(rè)力學性能有很大(dà)應用空間。　　

鋼鐵工業用錦鵬祥耐火材料發展迅速

高爐用耐火材料材質變化大(dà)。高爐陶瓷杯的發展越來(lái)越普遍,但(dàn)生(shēng)産高爐陶瓷杯需要應用高抗侵蝕性耐火材料,以保證其使用壽命的延長。除了設計(jì)方面的變化,錦鵬祥耐火材料材質方面也發生(shēng)很大(dà)變化,例如(rú)微孔碳磚代替過去(qù)的普通碳磚,以降低鐵水的滲透。采用灌漿法對高爐背襯進行修補可(kě)有效地阻止背襯熱(rè)氣流的沖刷,從(cóng)而延長高爐爐襯壽命。

轉爐用耐火材料采用水冷(lěng)新技術(shù)。在轉爐煉鋼方面,一種水冷(lěng)技術(shù)和懸挂系統分(fēn)别在轉爐爐殼的上部錐體(tǐ)部位和下部胴體(tǐ)部位得(de)到應用,從(cóng)而減小轉爐爐體(tǐ)變形,延長轉爐爐襯壽命,提高轉爐生(shēng)産率。這些新技術(shù)的應用已對耐火材料的使用産生(shēng)一定的影(yǐng)響,使轉爐爐齡提高到平均4000爐以上,加之噴補,高石灰和白(bái)雲石的應用以及濺渣護爐技術(shù)的應用,爐齡超過1萬爐不成問(wèn)題。

連鑄用浸入式水口研究重點确定。由于連鑄系統的發展,中間包已由過去(qù)的中轉站變成現在的影(yǐng)響鑄鋼質量和提高鑄鋼生(shēng)産率的冶金容器。因此,許多功能材料逐漸應用在中間包内,如(rú)擋渣堰、沖擊闆、過濾器、吹氩透氣塞等。

浸入式水口作(zuò)爲連鑄用的重要功能耐火材料,所開展的研究重點主要在兩個方面:一是提高渣線部位抗侵蝕性,二是降低内壁Al2O3附着。采取将ZrO2含量增加到88%,以及矽化顆粒按尺寸分(fēn)布的措施,可(kě)以降低制品的熱(rè)膨脹率和氣孔率,提高緻密度,改善抗侵蝕性。

水泥、玻璃工業用耐火材料的創新方向

全世界水泥産量已從(cóng)1980年(nián)的8億噸,增加到2003年(nián)的18億噸,預計(jì)到2020年(nián)仍将以3.6%的年(nián)均增長率增長。水泥工業生(shēng)産工藝的變化,不僅大(dà)大(dà)提高了水泥生(shēng)産的效率和生(shēng)産能力,而且給耐火材料提出了新的要求。每噸水泥消耗耐火材料從(cóng)過去(qù)的1.2千克降到目前的0.58千克,有望在2005年(nián)降到0.5千克。除傳統的鎂磚、鎂鉻磚、高鋁磚、黏土(tǔ)磚之外,低水泥澆注料在水泥窯的窯頭和窯尾、冷(lěng)卻器管道、管道彎頭部位以及分(fēn)解器底部具有更明顯的使用效果。

玻璃工業用錦鵬祥耐火材料所面臨的主要問(wèn)題是低溫熔融方面的發展。無砷材料的熔融工藝、全氧燃燒技術(shù)以及電助熔技術(shù)的發展,對耐火材料提出更嚴格的要求。

近幾年(nián),玻璃熔窯的壽命已得(de)到很大(dà)提高,生(shēng)産平闆玻璃的浮法生(shēng)産線可(kě)達10年(nián)之久。普通玻璃熔窯壽命爲5～7年(nián),特殊玻璃熔窯的壽命也達2年(nián),因此耐火材料必須具備高抗侵蝕性,對玻璃質量影(yǐng)響小,對環境不造成污染,質量穩定,節能效果明顯等功能。

爲了改善玻璃質量,耐火材料方面所作(zuò)的努力除采用傳統的31号、36号、41号锆剛玉磚(AZS)之外,一種含94%氧化锆的熔鑄磚(ZFC)也得(de)到發展。這種高氧化锆熔鑄磚具有比AZS磚更優良的性能。例如(rú)較少的玻璃相(xiàng),抗玻璃液侵蝕,大(dà)大(dà)減少玻璃産品氣泡、結石等缺陷。因此,這種熔鑄磚可(kě)以适應各種玻璃的熔煉,如(rú)矽酸鋁玻璃、電子玻璃以及硼?矽酸鹽玻璃等。
爲了适應電助熔技術(shù)的發展,研究人(rén)員(yuán)開發了一種氧化锆的熔鑄磚(ZFCR),其高溫電阻率是ZFC熔鑄磚的10倍。因此顯示了優異的抗侵蝕性。
有色工業用耐火材料的發展

有色冶煉主要包括銅、鉛、鋅、鎳、銻、錫等,輕金屬冶煉以鋁和鎂爲主。冶煉設備有閃速爐、伊薩麥爐、奧斯麥爐、底吹氧爐等,使用錦鵬祥耐火材料要求具有較長的壽命,節能、不污染環境、安全及維修方便。近幾年(nián)不定形耐火材料在有色冶煉工業的應用正在逐漸受到重視,如(rú)高耐磨性、高抗渣性和熱(rè)穩定性優良的澆注料,抗剝落性優良的鋼纖維增強澆注料,以及自(zì)流澆注料、搗打料、可(kě)塑料、幹式料、噴補料、預鑄塊等應用比例逐年(nián)增長。

有關專家指出,含碳耐火材料具有優良的抗侵蝕性和抗熱(rè)震性,但(dàn)在高溫下易氧化,因此各種抗氧化劑應運而生(shēng),如(rú)金屬鋁、金屬矽、金屬鎂或它們的合金。然而這些添加劑都(dōu)有其缺陷,如(rú)金屬鋁易與石墨反應在磚表面形成Al2O3,進而在室溫下與空氣接觸發生(shēng)水化,同時金屬鋁易蒸發形成氣孔,從(cóng)而加速耐火材料的侵蝕。然而最近研究表明,加入Al4O4C、Al2OC以及Al4SiC4等添加劑可(kě)明顯改善含碳耐火材料的抗氧化性,使含碳耐火材料起到自(zì)修複作(zuò)用。

有關專家認爲,鎂鋁尖晶石晶體(tǐ)結構是一種具有較大(dà)負吉布斯自(zì)由能的化合物。在1600℃達-43.53kJ/mol,比莫來(lái)石高50%。這就(jiù)意味着鎂 鋁尖晶石與其他(tā)氧化物反應時相(xiàng)當穩定。另外,鎂 鋁尖晶石的膨脹性能與其他(tā)高鋁耐火材料相(xiàng)當,在室溫到1200℃時其值爲(6～9)×10-6/℃。

從(cóng)鎂鋁尖晶石二元相(xiàng)圖觀察,MgAl2O4的低共熔溫度相(xiàng)當高,無論從(cóng)富鎂端還(hái)是從(cóng)富鋁端,其共熔溫度分(fēn)别在1850℃和1925℃。同樣重要的是鎂?鋁尖晶石在高溫下顯示出很寬的化學計(jì)量配比範圍。由于Mg陽離(lí)子具有四面體(tǐ)填隙結構,而Al陽離(lí)子則有較強的八面體(tǐ)填隙結構,因此在1800℃無論存在超量MgO或超量Al2O3,尖晶石均能有較穩定的結構。因此利用上述特點,人(rén)們可(kě)以用氧化鎂作(zuò)第二相(xiàng)添加到氧化鋁中,或将氧化鋁作(zuò)第二相(xiàng)添加到氧化鎂内,在高溫下均能合成尖晶石形成富鎂或富鋁尖晶石。鎂?鋁尖晶石在耐火材料中的應用越來(lái)越受到青睐,尤其在代替鎂 鉻耐火材料方面具有廣闊的前景。

耐火材料的再利用受到關注

耐火材料的再利用已經在多次國(guó)際性耐火材料會議(yì)上強調,這無疑是一個值得(de)耐火材料生(shēng)産者和用戶共同關注的問(wèn)題。在這方面用戶與耐火材料供應商有着良好的合作(zuò)前景。例如(rú)寶鋼與耐火材料廠(chǎng)之間合作(zuò)将使用後的鎂碳磚回收,可(kě)再生(shēng)産出同樣标準的鎂碳磚。同時,含碳耐火材料可(kě)以用來(lái)生(shēng)産造渣劑,在冶金行業重新利用。