耐火材料应用

耐火材料应用

耐火度不低于1580℃的一类无机非金属材料。耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50％～60％。

钢厂耐火材料的分类

耐火材料是应用于钢铁工业中的重要材料，它主要应用在炼钢炉、炼铁炉的内衬，承装和运输金属及炉渣的钢包的内衬，下道工序加热钢坯的炉子内衬，以及传导热气的烟道和高炉炉身的内衬。

耐火材料可以有许多分类方法，其中没有一种是令人十分满意的。从化学观点来看，耐火材料和一般物质一样分为三类：酸性、碱性和中性。理论上，酸性耐火材料不能应用于碱性炉渣，碱性气体或烟气，而在上述碱性介质中，最好应用碱性耐火材料。

A.氧化镁或氧化镁-氧化钙类

这一类包括所有由天然或合成的菱镁矿、水镁矿、白云石得来的耐火材料。它们组成了最重要的一类用于炼钢过程的碱性耐火材料。所有这些材料被用作氧化镁的来源。

所产生的致密氧化镁一般纯度可达95％-99%，这取决于生产过程和最终应用要求。如上所示，氧化镁可以由海水和熟石灰得到。最终产品的致密度是通过在竖炉中高温焙烧以及大面积的锻烧，再经机械压

实而得到的。通过预烧耐火材料原料来从根本上消除其永久的收缩量或延伸量极其重要。

B．铬镁类

天然存在的铬矿由耐火材料尖晶石构成，其中尖晶石是由不同比例的MgO,FeO,Al2O3,Cr2O3及Fe2O3和少量硅酸盐组成的混合物。成分变化较大的铬矿适合于做耐火材料用，大多数合适的格矿耐火材料产于菲律宾和南非，有些铬矿在使用前必须经过精选以减少脉石（主要是二氧化硅）的含量。在耐火材料产品中，铬矿主要与氧化镁结合使用，这样可以将两种材料的最佳特点结合起来。铬矿在应用前不需要焙烧。

C.硅质耐火材料

砂石砂石或火石基本上是由粘着的砂粒构成的一种沉积岩，通常含有90％～96％的SiO2,3% - 5%的Al2O3及一些氧化铁和石灰。砂石相对柔软，且有条纹，这样易于切割成块状或其他形状。

熔融石英高纯度二氧化硅用电熔融后可以用来生产非晶或隐晶的熔融石英、这种具有特殊性能的团块，用于低温耐火材料。

锆石和二氧化锆锆石耐火材料（ZrO2·SiO2)是由产于澳大利亚和美国佛罗里达的特殊锆砂，经过浮选和磁精选生产出的。稳定的二氧化锆是由同种锆砂通过电熔融并除去二氧化硅和其他杂质生产出来的。D耐火粘土类．

半硅质耐火粘土半硅质耐火粘土这一术语是指SiO2含量有一个较大范围的粘土这里所说的系指含SiO2至少达75%用于半硅砖生产的粘土，它们具有很少的杂质如碱金属，碱土金属氧化物和铁氧化物。塑性耐火粘土是一种具有充分的天然塑性的耐火材料，用以粘接非塑性材料。

高岭土尽管不是耐火粘土，但某些高岭土是高级耐火材料，且越来越多地用于制作耐火砖。高岭土可沉积和残留，并且相当纯，一般非常接近理论粘土成分，用AI2O3·2SiO2·2H2O表示。耐火粘土一般通过预烧粘土和生粘土或未烧粘土相结合的方法生产。

E．高铝类

这类包括用于生产耐火粘土所达不到的、含AL2O3高达44% 以的那些耐火材料，有很多种含不同矾土量的此类耐火材料，介绍如下：含铝高岭土通过选矿和精选，硅线石、红柱石和蓝晶石这些矿石化学式均为Al2O3·SiO2,理论上含62.9%的Al2O3和37.1%的SiO3。加热时，全部形成莫来石（2Al2O3·2SiO2）和硅质玻璃体，只是分解的难易程度不同。蓝晶石最易转化，转化温度为1, 325℃，而硅线石的转化最困难，转化温度为1, 530℃。高纯矾土本质上，由用拜耳法从铝矾土中得到的硝酸铝生产出的锻烧铝矾土，通过烧结或熔解，可得到致密而纯的Al2O3。尽管氧化铝材料昂贵，但当其在纯态或与前述粘土、铝矾土或其他耐火材料一起使用时，可为耐火材料添加特殊性能。

矾土可以和纯二氧化硅预反应以生产莫来石填料，或在加工过程中就地生产砖。

F．碳类

这一类包括天然或人造石墨，各种类型的煤、焦炭、碳化硅和氮化硅。石墨在国内外均分布广泛。在与其他耐火材料混合使用时无定形的和片状的石墨可以增加许多耐火材料的抗渣性。

碳砖或碳块作为耐火材料应用非常广泛，并且可以由铸造焦炭、石油焦炭或煅烧无烟煤生产。沥青也能作为粘和剂应用于此类耐火材料中。碳化硅是在高温电炉中利用熔融石油焦和石英砂来生产的，纯碳化硅可以直接使用，或作为添加料与耐火粘土、高纯矾土或碳质耐火材料一起给耐火材料赋予一些特殊性能。耐火原材料

在生产或使用中，用粘合剂以增加耐火材料的强度，粘合剂包括：（a）临时粘合剂，例如纸的副产品、糖或某些粘土，以增加生产中的输送强度。

（b）化学粘合剂，它们能在生产中、生产后或整体材料安装时增加其强度。例如，硅酸钠、磷酸、磷酸玻璃、铬酸、硼酸和硫酸镁。

(c) 水泥粘合剂，这种粘合剂与水混合时靠液压粘合。用于耐火材料的此类粘合剂主要是钙一矾水泥，它能迅速粘合，并能维持粘合强度到中温。

(d) 有机粘合剂，诸如用于还原气氛的焦油，沥青，树脂，在这种气氛下碳残留物保证粘接强度，或起防止变化作用。

在耐火材料生产前，生料处理过程对最终产品的成分和性能有重要影响。

高炉和附属设备中的耐火材料:

这部分涉及到大量有关高炉耐火材料的设计和应用的信息，有关讨论将补充这些信息。为方便起见，高炉耐火材料按其使用部位分为三部分：出铁场用耐火材料，炉体用耐火材料，热风炉及附属设备用耐火材料。

小型高炉的出铁口材料通常是将粘土、焦炭和沥清混合，并且加水挤压成形、而对于条件苛刻的大高炉，则需要使用无水出铁口材料，并且要用焦油和其他能提高耐腐蚀性的骨料压实（包括高铝团块，二氧化硅，硅镍合金等等），这种无水材料的性质要求当它最初较软时，堵铁口泥炮在它的位置上保留一小段时间，当它流到位后由于受热而变硬，在每一次出铁后，这种无水材料的消耗小于水处理的材料，而且其热强度也比水处理材料高得多。

出铁沟耐火材料的设计也依赖于高炉的体积，对于小的且只有一个出铁口的高炉，出铁沟被设计成定期作业，然后排空，经常用一些低价的材料喷补炉衬或填塞加以维护，而对于大的有多个出铁口的高炉，出铁沟经常长期工作，不断地与热铁水接触，需要用昂贵的高铝塑性材料和含有碳、硅的材料定期重新砌衬，大高炉出铁沟更换前的寿命可达40万到2000万公吨。

高炉炉体高炉内条件变化很大，它的耐火材料损耗可以有几种机理，在新的炉体内，一般倾向于用高铝产品（氧化铝的含量在6o%一