耐火可塑料的应用

耐火可塑料的应用无机073 陈瑞079024462【摘要】耐火可塑料是一种在较长时问内具有较高可塑性、呈硬泥膏状的不定形耐火材料，它由一定级配的耐火骨料、细粉、适量的结合剂、增塑剂、保存剂和水组成。

【关键词】耐火可塑料热硬性耐火可塑料气硬性耐火可塑料1、前言耐火可塑料是一种在较长时问内具有较高可塑性、呈硬泥膏状的不定形耐火材料，它由一定级配的耐火骨料、细粉、适量的结合剂、增塑剂、保存剂和水组成。

近十几年来，我国大中型钢铁企业在轧钢加热炉的炉顶、炉墙工作衬上整体采用或者部分采用耐火可塑料，提高了加热炉的使用寿命，取得了良好的经济效益。

最初开发的耐火可塑料大量使用到锅炉等热工设备的内衬上，使用温度～般在1200o C以下，主要采用磷酸或磷酸盐热硬性结合剂。

到了20世纪70年代中期，我国开发出了冶金工业炉用耐火可塑料，在推钢式和步进式加热炉上使用寿命达7年以上，使用寿命高于普通浇注料，从而有力地推进了耐火可塑料的发展。

到20世纪80年代，粘土结合和低水泥系列耐火浇注料的迅速发展，其性能优于耐火可塑料，且有较高的常温强度，振动成型，施工方便，故不断地取代了耐火可塑料。

但到了20世纪90年代，耐火可塑料的品种、质量、生产工艺和施工设备等各个方面取得了突飞猛进的进展，广泛泛用于钢铁、有色冶炼、石化等行业的工业窑炉上，作为轧钢加热炉工作衬的使用寿命是同材质水泥结合浇注料的30倍，使用寿命高达15年，从而取得了良好使用效果和可观的经济效益。

由于耐火可塑料具有众多的优点，并且随着工业窑炉对耐火材料寿命的要求日益提高，以及工业窑炉设计单位对可塑料的认可程度逐步加深，耐火可塑料的应用范围和用量将会进一步提高。

2、耐火可塑料的分类耐火可塑料有多种不同的分类：按骨料的材质可分为粘土质、高铝质、莫来石一刚玉质、刚玉质、含铬质、铝一碳化硅质、含锆质耐火可塑料等；按常温硬化性质可分为热硬性、气硬性耐火可塑料，现在市场上出现了热硬性、气硬性结合剂复合使用的耐火可塑料。

暂且就称为热硬、气硬性复合结合剂耐火可塑料；按化学结合剂种类可分为磷酸、磷酸盐、硫酸铝、水玻璃、树脂结合耐火可塑料；按施工方法也可分为捣打、喷涂式耐火可塑料等多种不同的分类。

3、耐火可塑料的技术进展我国在使用耐火可塑料的初期阶段，一般为热硬性耐火可塑料，结台荆主要采用液态的磷酸或磷酸铝，此类耐火可塑料具有较高的常温、高温强度，但保存捌较短．价格也偏高。

由于热硬性耐火可塑料的成本高，保存期短，耐火材料科研人员在20世纪70年代后期，开发出以硫酸铝为结合剂的气硬性耐火可塑料。

由于气硬性耐火可塑料的性能良好，成本相对低，在20世纪90年代得到了大力推广。

热硬性和气硬性耐火可塑料各有优点与缺陷，但两者的优缺点却可以互相弥补，在20世纪90年代末技术成熟的气硬、热硬性复合结合剂耐火可塑料开发成功，经实际应用，也取得了良好的使用效果。

表1为粘土质不同硬化性质的耐火可塑料典型物理性能。

3.1、热硬性耐火可塑料热硬性耐火可塑料主要采用浓度为85％的磷酸或磷酸铝作结合剂，在使用前，用水稀释成密度为1.2-1.39g／cm3的溶液。

由于溶液易与细粉中的铁起反应使可塑料的硬化速度加快、可塑性降低，并且捣打后衬体易鼓胀，因此，必须加入一定量的抑制剂、保存剂等外加剂。

外加剂品种主要有草酸、酒石酸、糖蜜、柠檬酸、NH-66、木质素磺酸盐等，其中以草酸和酒石酸效果较好，用量适当时，耐火可塑料的保存期可达3—6个月。

在生产时，先用结合剂溶液总量的60％与耐火骨料和细粉混练，然后困料24h，二次混练时加入余下的结合剂和外加剂，混合均匀后进入下一道生产工序。

热硬性耐火可塑料具有较高的常温和高温强度、中温强度不下降、抗热震性好、抗剥落性强的优点，特别是对强度要求高的使用部位尤为合适。

如循环硫化床锅炉用高强耐磨可塑料，一般是采用磷酸铝作结合剂的热硬性耐火可塑料。

下面为循环硫化床锅炉(炉膛上部、旋风分离器部位)用高铝耐磨可塑料的理化性能指标：试样化学成分(％)：A120361.13，Si0226.25，Fe233.43，p251.87，Na22.09，K20 0.31，Ti021.76。

显气孔率12.68％，体积密度2．639g／cm3，900℃热面导热 1.35W／m·K，耐火度>1750"C，荷重软化温度开始点1612℃、4％为1655℃。

其它性能见表2。

由于磷酸和磷酸铝的价格偏高，也使热硬性耐火可塑料的材料成本较高。

热硬性耐火可塑料中虽然加入外加剂后保存期得到了改善，但3～6个月的保存期还不能完全满足储存要求。

如果可塑料出口到国外，由于运输时间较长，其保存划不易满足要求。

热硬性耐火可塑料对储存环境要求严格，需在阴凉、潮湿的库房内储存，特别在夏季温度偏高时，硬化速度会加快从而缩短保存期。

磷酸和磷酸铝酸性相对较强，易与细粉中的铁起反应而发生鼓胀现象，因此，需要困料，其生产工艺较为复杂。

3.2、气硬性耐火可塑料到了20世纪70年代末，研制出了气硬性耐火可塑料，并且其技术也不断进步。

到了20世纪90年代，不断改进后的气硬性耐火可塑料技术已十分成熟，其性能良好、价格低廉，得到了大力推广。

以宝钢、武钢等为代表的大中型钢厂在新建的加热炉炉项、炉墙T作衬上采用气硬性耐火可塑料，提高了加热炉的使用寿命，取得了良好的经济效益。

气硬性耐火可塑料一般采用硫酸铝作结合剂。

由于硫酸铝的售价大约只有磷酸铝的15％，所以气硬性耐火可塑料成本相对较低，其较低的售价为市场推广打下一定的基础；气硬性耐火可塑料保存期长，保存期超过12个月，完全可以满足运输及施工时间的要求：在生产中不需要困料，结合剂溶液可直接加入到材料中搅拌均匀即可。

‘气硬性耐火可塑料的缺点是常温、高温强度都比热硬性耐火可塑料低。

气硬性耐火可塑料采取的技术改进措施：1)对原料的要求更加严格。

气硬性耐火可塑料对原材料的要求更加严格，特别是对软质粘土提出了更高的性能要求，因为耐火可塑料的主要性能特性来源于软质粘土。

软质粘土不但起到结合剂的作用，同时也是增塑剂，其对耐火可塑料的可塑性、保存期、施工性能、高温耐火性能有很大的影响。

因为，不同产地软质粘士的性能特点各不相同，而有几种软质粘土的优缺点却可互补。

所以，为了使耐火可塑料具有良好的综合性能，往往复合使用两种或两种以上的软质粘土。

2)补偿耐火可塑料收缩技术。

由于在耐火可塑料中，软质粘土脱水、烧结收缩导致耐火可塑料收缩，在气硬性耐火可塑料中采取了一些技术措施米补偿收缩。

(1)引入蓝晶石族矿物，利用其在1300一1500o C莫米石化产生的体积膨胀来弥补收缩；(2)引入A1203原料，利用其与Si02反应生成莫来石产生的体积膨胀来弥补收缩：(3)优选软质粘土的种类、加入量和粒度组成，并选用<1μm的超细粉(如A1203微粉)来代替部分软质粘土，可降低耐火可塑料的烧成收缩；(4)精选原材料，严格控制原材料中的Fe203、Na20和K20等杂质和低熔物。

3)采取均匀膨胀技术，保证施工衬体的整体性。

在防止耐火可塑料收缩的基础上，精心搭配原材料，精确地设计配方，使耐火可塑料随着温度的提高均匀膨胀，不在某一个温度段内产生过大膨胀，保证施工衬体的整体性。

3.3、热硬、气硬性复合结合剂耐火可塑料热硬性和气硬性耐火可塑料各有优、缺点，但两种可塑料的优、缺点可以互相弥补，所以，耐火材料科研人员开发出了性能优良的热硬、气硬性复合结合剂耐火可塑料。

其复合使用磷酸铝和硫酸铝结合剂，充分发挥热硬性和气硬性耐火可塑料的优点，并尽可能克服缺点，此种耐火可塑料在实际应用中也取得了良好表2 耐磨可塑料试样物理性能的使用效果。

热硬、气硬性复合结合剂耐火可塑料的强度适宜，由表1中指标可看出，此类可塑料具有适宜的常温、高温强度；保存期长，达10个月以上，完全可以满足运输时间及施工时间的要求；由于采用复合结合剂，材料成本适中，市场价格适宜，利于市场推广；在生产时，直接加入结合剂和外加剂到材料中混练均匀即可，不需困料，生产工艺简便。

热硬、气硬性复合结合剂耐火可塑料采取的技术改进措施：1)使用多种有效的外加剂。

此类耐火可塑料显著的技术改进措施之一就是使用多种有效的高效保存剂、增塑剂等微量添加剂，使材料具有较长的保存期、可塑性等性能。

2)对配方的设计更加合理、精确，更注重综合性能。

如大量地采用优质焦宝石、轻质莫来石等低导热率的原料，保证可塑料的低导热率，从而提高窑炉的保温性能。

3)更加注重耐火可塑料生产设各的革新。

不断提高生产设备的技术指标，来满足不同材质耐火可塑料对机具不同性能的要求。

从科研单位和市场上了解到，特别是近十年来国内轧钢加热炉上使用的热硬、气硬性复合结合荆耐火可塑料性能良好，也受到了用户的认可。

3,4、喷涂式耐火可塑料随着耐火可塑料技术和施工机具的发展，市场上出现了耐火可塑料喷涂新工艺。

耐火可塑料喷涂是将耐火可塑料以喷涂方式进行施工的新工艺，区别于传统的捣打施工方法。

有资料显示，喷涂式耐火可塑料在宝钢已经成功试用，并取得了良好的使用效果。

喷涂式耐火可塑料具有众多的优点：采用喷涂方法施工，不需要支设模具，可直接喷涂到施工面上，对结构复杂、不易支设模具的施工部位更为适合；由于喷射时不产生粉尘，可改善作业环境：施工衬体均匀，不易分层，整体性较好；施工效率高，省时、省力。

为了使喷涂式耐火可塑料的施工效果良好，对喷涂机具的性能和操作人员的技能要求严格。

在国外，喷涂式耐火可塑料已经成功应用到加热炉、垃圾焚烧炉等工业窑炉上，并取得了良好的使用效果。

在我国，随着耐火可塑料技术和施工机具的不断进步，喷涂式耐火可塑料定能得到大力推广，也是耐火可塑料技术的一个发展方向。

4、耐火可塑料的应用4.1、耐火可塑料在加热炉炉顶的应用加热炉炉顶是加热炉温度最高、气流冲刷最为严重的地方，不管是预热段、加热段还是均热段，加热炉炉顶从早期的耐火砖吊挂炉到前几年的耐火浇注料炉顶，都存在着不同的缺陷。

如耐火砖的吊挂炉顶，气密性能差，热量损失较大；砖表面凸凹不平，增加气流流动阻力，且不利于热辐射，热利用较低；耐火砖吊持炉顶整体性能差，极易出现局部坠砖现象；耐高温性能差，均热段高温区，使用周期一年都较难达到。

基于上述缺点，现在加热炉炉顶一般采用了耐火浇注料，或耐火可塑料。

耐火浇注料虽然克服了耐火砖的许多缺点，但浇注料存在着一严重的弱点，就是它的抗热震性能差。

加热炉内的剥蚀现象较为严重，尤其是加热炉炉顶[5]，有时会造成大面积层状坍塌，究其原因，其一是浇注料本身抗热震性能较差，它的耐急冷、急热次数不如粘土砖，原因之二是由于浇注料施工是水平层状浇注，有时会因为施工设备出现故障或其它原因，造成浇注间隔时间过长，人为地造成了层状间隙，破坏了浇注的整体性能。