耐火材料在陶瓷中的应用

耐火材料在陶瓷中的应用
摘要：耐火材料是窑炉和冶金行业中重要的一部分。

耐火材料是为高温技术服务的基础材料。

耐火材料的种类很多，比如氧化硅耐火材料、硅酸铝质耐火材料、碱性及尖晶石质耐火材料、含碳质耐火材料、含锆质耐火材料、不定型耐火材料、绝热材料、特种耐火材料等。

关键字：耐火材料、窑炉
Abstract:refractory furnace and metallurgical industry is an important part. Technical services for the high-temperature refractory base material. Many different types of refractories, refractory materials such as silicon oxide, aluminum silicate refractories, alkaline and spinel refractories, carbon refractories containing zirconia refractories, unshaped refractories, insulation materials, special refractories.
Keywords: refractory materials, furnace
耐火材料是耐火度不低于1580°C的材料。

一般是指主要由无机非金属材料构成的材料和制品。

耐火材料是为高温技术服务的基础材料。

他与高温技术尤其是高温冶炼工业的发展有着密切关系，相互依存，互为促进，共同发展。

在一定条件下，耐火材料的质量品种对高温技术的发展起着关键的作用。

我国耐火原料资源丰富，品种多，储量大，品位高。

高铝矾土和菱镁矿蕴藏量大，品质优良，世界著名；耐火粘土、硅石、白云石和
石墨等储量多，分布广，品质好；叶腊石、硅线石、橄榄石和锆英石等储量也多；隔热耐火材料的各种原料，各地都有储藏。

下面主要介绍几种耐火材料的优缺点和用途。

氧化硅质耐火材料：
氧化硅质耐火材料是指以二氧化硅SiO2为主成分的耐火材料。

主要制品有硅砖。

硅砖系指二氧化硅含量在93%以上，用SiO2为主要成分的硅石做原料，加少量矿化剂，经高温烧成的。

氧化硅质耐火材料为典型的酸性耐火材料。

其矿物组成为：主晶相为鳞石英和方石英，基质为石英玻璃相。

氧化硅质耐火材料抵抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，耐磨、导热性好，在600°C 以上使用时耐热震性较好，而在600°C以下使用时耐热震性很差。

硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉以及其他热工设备。

为了适应焦炉大型化和强化生产的需要，氧化硅质耐火材料主要发展方向是研制生产高硅高密度硅砖和SiO2雨其他原料结合的硅质耐火制品。

硅酸铝质耐火材料：
硅酸铝质耐火材料是以Al2O3和SiO2为基本化学组成的耐火材料。

根据制品中Al2O3和SiO2的含量，硅酸铝质耐火材料划分为三类：半硅质耐火材料（Al2O3含量为15~30%）、粘土质耐火材料（Al2O3含量为30~46%）、高铝质耐火材料（Al2O3含量大于46%）。

硅酸铝质耐火材料的原料广，生产过程简单，成本低，价格便宜，高温适应性强。

冶金、机械、化工、动力及硅酸盐等工业部门的炉窑，
均广泛应用硅酸铝质耐火材料作为主要的筑炉材料。

其中用量最多的为冶金工业，钢铁冶金工业的高炉、热风炉、混铁炉、加热炉、均热炉，以及有色金属工业的回转窑、沸腾炉、鼓风炉、反射炉、熔铝炉和有色金属加热炉等热工设备，大量使用粘土砖、高铝砖、莫来石制品及刚玉质制品作为筑炉材料。

碱性及尖晶石质耐火材料：
碱性耐火材料是化学性质呈碱性的耐火材料，一般指以氧化镁、氧化镁与氧化钙或氧化钙为主要化学成分的耐火材料。

目前，常用的碱性耐火材料的主要品种有镁质耐火材料、白云石质耐火材料和石灰质耐火材料。

通常，这类耐火材料的耐火度都很高，抵抗碱性渣的能力很强，是炼钢碱性转炉、电炉、混铁炉、许多有色金属火法冶炼炉中使用最广泛而最重要的一类耐火材料，也是玻璃窑蓄热室、水泥窑等高温带最常用的耐火材料。

尖晶石质耐火材料是指以镁铝尖晶石、镁铬尖晶石及复合尖晶石为主晶相的耐火材料，属中性。

但是，这类材料的矿物组成、结构和许多性质同镁质耐火材料中的一些品种相近。

含碳质耐火材料：
含碳质耐火材料是指由碳或碳化物为主要组成的耐火材料。

其中，由无定形碳为主要组成的称炭素耐火材料；由结晶型石墨为主要组成的称石墨耐火材料；由SiC为主要组成的称碳化硅耐火材料。

这种耐火材料多用含碳材料作原料，加结合剂，经混炼、成型，在隔绝空气条件下高温热处理制成。

含碳质耐火材料是一种优质耐高温的材料。

它具有耐热震性能好，高温强度很高，抗渣性强和密度较小等特性。

含锆质耐火材料：
含锆质耐火材料是指含有氧化锆（ZrO2）或锆英石（ZrO2·SiO2）的耐火材料。

纯锆英石制品的性质：耐火度很高，制品的体积稳定性较高，耐热震性较差，有良好的耐熔渣、金属液和玻璃液侵蚀的性能。

制品的应用：锆英石制品可用作连续铸钢用盛钢桶中的内衬以及其他受熔渣侵蚀及严重的部位，也可用作铜、铝冶炼炉的铸口等。

另外，还可用于玻璃熔窑与玻璃液直接接触之处和上部结构以及用作电熔锆刚玉砖与硅砖之间的隔离砖。

熔铸锆刚玉制品的性质：耐高温，耐侵蚀，稳定性很高，致密性远比普通烧结制品高，力学性能和耐磨性良好。

制品的应用：这种制品是用于直接与金属液和熔渣接触处抵抗侵蚀的良好材料。

是玻璃熔窑受侵蚀最严重的关键部位不可缺少的材料。

用于金属冶炼炉和容器中受渣蚀严重之处效果也佳。

不定型耐火材料：
浇注料的性质：浇注料的常温强度实际上取决于结合剂硬化体的强度，有良好的耐火性。

浇注料的应用：主要用于构筑各种加热炉内衬等整体构筑物。

某些由优质粒状和粉状料组成的品种也可用于冶炼炉。

磷酸盐浇注料根据耐火粉粒料的性质既可广泛用于加热金属的均热炉和加热炉中，也可用于出铁槽、出钢槽以及炼焦炉、水泥窑中直
接同熔融金属和高温热处理物料接触的部位。

绝热材料：
轻质硅砖的性质：体积密度较轻，耐压强度较低，导热性较低，耐热震较高。

耐火纤维的特点：耐高温，导热能力低，体积密度小，化学稳定性好，耐热震性好，热容量低，柔软、易加工。

工业上应用耐火纤维的形式为纤维镶贴炉衬结构和全纤维炉衬。

特种耐火材料：
特种耐火材料一般包括高熔点氧化物、难熔化合物及其衍生的其他化合物。

它具有较高的化学纯度、高的熔点、大的高温结构强度、良好的化学稳定性和热稳定性等特点。

特种耐火材料的生产特点是原料纯度高，熔点高，难烧结；成型工艺很多；胚体要在1600~2000°C或更高的温度下烧成；制品种类很多。

特种耐火材料是许多工业部门不可缺少的耐火材料。

有色金属、稀有金属、难容金属、贵金属的提取和提纯所需的特殊难炼坩埚、电炉炉胆、发热元件、钢铁冶金中连续铸钢的铸口、快速测氧测头级高温热电偶保护套等都采用特种耐火材料制作。

应用特种耐火材料课制造火箭头部保护罩、燃烧室内衬、尾吹管衬套和航天飞机贴面材料及涂层料。

原子反应堆核燃料、控制棒、中子减速剂、反射壁及评比防护体都由特种耐火材料构成，此外，特种耐火材料还可用作刀具、磨具、模具、电极材料、人体关节和人造牙齿等。

然而耐火材料在窑炉中的应用也是非常重要的。

比如在梭式窑中
的应用，梭式窑用的耐火材料有两种，一种是全纤维的，另一种是砖和纤维的。

梭式窑的窑墙，它是用耐温度急变性较好的轻质耐火砖或轻质浇注料砌筑，外部用硅酸铝纤维制品、硅酸钙板、岩棉等隔热，内面还粘贴50mm左右的高温耐火纤维，为提高窑炉强度和气密性，窑炉外常包以3mm左右厚的钢板。

梭式窑的窑顶按其结构形式可分为拱顶和吊顶两种。

拱顶是用楔形转砌成，拱顶的拱角一般为60°~180°，60°的拱顶采用得较多。

拱顶的材料常用强度大的轻质高铝砖，拱顶上面采用硅酸铝纤维、岩棉等轻质材料。

在拱顶砖的内面可以贴上50mm左右的耐高温耐火材料，以减少蓄热、散热，并可延长轻质砖拱顶的使用寿命。

断面较宽的现代梭式窑常采用平吊顶。

平吊顶是由异性砖构成的，异型砖用吊杆单独或者成组地吊在窑炉的钢梁上。

吊顶砖的材料常用轻质耐火砖，吊顶砖外面常用硅酸铝纤维等轻质耐火材料覆盖。

至于耐火材料在工业窑炉中的应用也是至关重要的。

工业窑炉的窑墙一般由耐高温的内衬层、隔热的中间层和其支撑作用的外层组成。

对于一般的陶瓷工业隧道窑，内衬层材料多为粘土砖、高铝砖、莫来石砖等，中间层的隔热材料有各种轻质砖和陶瓷纤维，外层多用钢板。

小结：
我国耐火材料的发展应依靠科学技术的进步和整体工业水平的提高，加强生产技术的管理，以材料的质量和品质为中心，继续提高原料质量，发展合成原料，改进生产装备，全面提高产品质量和改善
性能，积极开发优质新品种，合理利用和提高耐火材料服役寿命，进一步降低消耗，保证和促进高温技术工业和热能工程以及国民经济的发展。

参考文献：
[1]耐火材料，冶金工业出版社，2008年2月。

[2]陶瓷工业窑炉，武汉理工大学出版社，2010年8月。