关于耐火材料的综述以及在陶瓷窑炉中的应用)

关于耐火材料的综述以及在陶瓷窑炉中的应用

摘要：本位介绍了耐火材料工业的各种耐火材料及其在陶瓷窑炉上的应用

关键字：耐火材料陶瓷窑炉耐火砖耐火制品

1、前言（耐火材料的发展概况）

在高温工业的发展和技术进步的促进下，我国耐火材料工业迅速发展，耐火材料产量已多年居世界第一，但耐火材料产业整体的技术水平和产品结构等方面与国际先进水平相比差距较大。面对国内高温工业技术的飞速发展和加入WTO后对我国耐火材料工业所形成的机遇和挑战，我国耐火材料工业也将不断地寻找出路向前发展。

目前，我国耐火材料产品品种质量水平不断提高，耐火材料消耗逐年下降。特别是“六五”以来，国家投资改造了一批耐火材料厂，引进了国外的先进技术和关键装备，使我国耐火材料工业取得了前所未有的长足发展，技术进步成效显著。一批耐火材料产品质量达到了国际水平，品种质量实现了质的飞越。一大批钢铁等高温工业急需的优质耐火材料相继问世，填补了国内空白，为国家节约了大量外汇。

钢铁工业、水泥、玻璃、有色金属、石油化工、陶瓷行业等都离不开耐火材料。而这些制造业在中国、东南亚、中东、非洲等地区正在和将得到蓬勃发展。此外，国际间通讯和运输的便捷、跨国界市场的扩展、电子商务的增多等，这些都给耐火材料工业的发展带来良好机遇。我国是耐火材料最大消费国，由于“十一五”期间，作为耐火材料最大用户的冶金、建材行业将保持稳步发展，耐火材料需求总量依然很大，并将继续保持快速增长的趋势。

发达国家生产耐火材料的成本远高于发展中国家，同时由于环保要求更严格，迫使他们只生产高附加值产品或出口技术，而将大宗产品、劳动密集型产品转移到发展中国家生产。中国由于有着得天独厚的原材料优势和劳动力成本优势，无疑机会更多一些。

2、各种耐火材料的简要介绍

2.1氧化硅质耐火材料

硅砖的耐火度为1690-17300C.随着SiO2含量、晶型、杂质种类及数量的不同略有变化，但是波动很小。二氧化硅的含量越高，耐火度越高，杂质含量越多，特别是氧化铝、氧化钾、氧化钠增高时，硅砖的耐火度降低。

硅砖的荷重软化温度较高，一般为1620-16700C与其耐火度接近。这主要是因为构成硅砖的主晶相为具有矛头双晶的磷石英形成网状结构和基质为粘度较大的玻璃相所致。硅砖在荷重作用下加热从开始软化变形到破坏之间温度间隔不大，一旦达到软化温度便迅速破坏，荷重软化变形温度范围很窄，开始软化温度和其耐火度很接近。这是硅砖的一个特殊性能。影响硅砖荷重软化温度的主要是杂质种类、数量和晶型与密实状况等等，另外与测定条件有关。

硅砖在加热过程中，除了存在一般的热膨胀外，还发生晶型转变并伴有体积膨胀。如果转内存在未转变的残存石英，高温下将继续变成磷石英或方石英，产生较大的体积膨胀。普通硅砖从常温加热至14500C时，体积膨胀率为1.5-2.2%，而从14500C冷却到2500C时，体积收缩，最终残余膨胀率为0.1-0.9%。优质硅砖的残余膨胀不超过0.3-0.4%。硅砖加热和冷却时体积膨胀与收缩变化如图所示。

硅质耐火材料的耐热震性很差，在8500C下冷水仅为1-2次。其原因在于温度剧烈变化

时，硅砖内部的结晶发生快速型转变，体积突然膨胀或收缩，产生较大的内应力，是硅砖崩裂和剥落。但是，当硅砖的使用温度在6000C以上波动时，由于结晶不发生快速型转变，它的耐热震性好。因此硅砖在6000C以上使用时耐热震性好，而在6000C以下使用时耐热震性很差。

硅砖是酸性耐火材料，对酸性及弱酸性的炉渣和含腐蚀性的炉气的侵蚀有很强的抵抗能力；对含有氧化钙和氧化亚铁的炉渣侵蚀作用也有一定的抵抗能力；对含有CaO和FeO的炉渣侵蚀作用有一定的抵抗能力。

虽然硅砖的耐火度不很高，但是荷重软化温度较高，高温结构强度大，而且在600以上长期使用稳定性好，能抵抗酸性炉渣的侵蚀，因此，目前主要用于砌筑玻璃窑炉和焦炉。用硅砖砌筑焦炉炭化室隔墙，在高温下具有良好的稳固性和气密性，使用寿命可达10-15年，如使用得当，可达25年以上。

用硅砖砌筑的窑炉在加热烘烤过程中，应缓慢升温，一面因膨胀过激而使砌体破坏。

2.2硅酸铝质耐火材料

硅酸铝质耐火材料是以和SiO2为基本化学组成的耐火材料。根据其组成的不同，硅酸铝质耐火材料可划分为三类：

半硅质耐火材料：氧化铝含量为15-30%；

粘土质耐火材料：氧化铝含量为30-46%（根据我国原料特点，为30-48%）

高铝质耐火材料：氧化铝质含量大于46%（根据我国原料特点，一般大于48%）。

硅酸铝质耐火材料的性能和用途随氧化铝含量的不同而异。

2.2.1.1粘土质耐火材料

Al2O3含量为30-46%的硅酸铝质耐火材料称为粘土质耐火材料。粘土质耐火材料为弱酸性耐火材料。主要制品有粘土砖和不定型耐火砖。生产简便，价格便宜，应用广泛。

粘土质耐火材料的耐火度波动于1580-17700C，主要与制品的化学成分有关。一般情况下，耐火度随着氧化铝含量的增加而提高，随着杂质含量增加，尤其是随着氧化铁和碱金属含量的增加而显著降低。

按耐火度的高低，粘土质耐火材料制品划分为四个等级：

特等：耐火度不小于17500C

一等：耐火度不小于17300C

二等：耐火度不小于16700C

三等：耐火度不小于15800C

粘土砖高温耐压强度随氧化铝含量的增加而增加。同时受低熔点物质高温下出现液相温度、液相的数量以及粘度的影响。一般在8000C以上可出现塑性变形，塑性变形可以消除砖内应力的影响，强度提高，在1000-12000C时出现最大值。当温度超过12000C，液相大量形成，粘度降低，耐压强度迅速下降。因此，即使在炉墙单面受热的条件下，粘土砖使用温度也不宜太高。

粘土质耐火材料的荷重软化温度主要取决于制品中氧化铝含量和杂质的种类及数量。与其他耐火制品相比，虽然粘土质耐火制品中有熔点很高的莫来石晶相，但在很低的温度下（1250-14000C）就开始软化。荷重软化温度远比硅砖低。因为粘土质耐火材料制品中莫来石晶体数量少，在制品中尚未形成结晶骨架结构，而分散存在于玻璃相之中，随着温度的升高，玻璃相的粘度下降，制品逐渐变形。因此，粘土质耐火材料的荷重软化温度开始于1250-14000C，压缩40%时温度为1500-16000C。

荷重软化温度低是粘土质耐火材料使用受到限制的重要原因之一。提高荷重软化温度的有效途径是提高制品中氧化铝的含量，降低杂质的含量，尤其是严格控制Fe2O3及MgO、CaO、K2O、Na2O等杂质含量，另外，还可采用混合细磨和多熟料配料以及适当提高制品的烧成温度。