耐材答疑

耐火材料原料都有哪些种类?

  耐火材料种类繁多,通常按耐火度高低分为普通耐火材料(1580~1770℃)、高级耐火材料(1770~2000℃)和特级耐火材料(2000℃以上);按化学特性分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。此外,还有用于特殊场合的耐火材料。

  酸性耐火材料以氧化硅为主要成分,常用的有硅砖和粘土砖。硅砖是含氧化硅93%以上的硅质制品,使用的原料有硅石、废硅砖等,其抗酸性炉渣侵蚀能力强,荷重软化温度高,重复煅烧后体积不收缩,甚至略有膨胀;但其易受碱性渣的侵蚀,抗热振性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。粘土砖以耐火粘土为主要原料,含有30%~46%的氧化铝,属弱酸性耐火材料,抗热振性好,对酸性炉渣有抗蚀性,应用广泛。

  中性耐火材料以氧化铝、氧化铬或碳为主要成分。含氧化铝95%以上的刚玉制品是一种用途较广的优质耐火材料。以氧化铬为主要成分的铬砖对钢渣的耐蚀性好,但抗热振性较差,高温荷重变形温度较低。碳质耐火材料有碳砖、石墨制品和碳化硅质制品,其热膨胀系数很低,导热性高,耐热振性能好,高温强度高,抗酸碱和盐的侵蚀,不受金属和熔渣的润湿,质轻。广泛用作高温炉衬材料,也用作石油、化工的高压釜内衬。

  碱性耐火材料以氧化镁、氧化钙为主要成分,常用的是镁砖。含氧化镁80%~85%以上的镁砖,对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性,耐火度比粘土砖和硅砖高。主要用于平炉、吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼设备以及一些高温设备上。

  在特殊场合应用的耐火材料有高温氧化物材料,如氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆等,难熔化合物材料,如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等;高温复合材料,主要有金属陶瓷、高温无机涂层和纤维增强陶瓷等。

  一、按耐火原料的化学组分分类按化学特性,耐火原料又可分为酸性耐火原料,如硅石、锆英石等;中性耐火原料,如刚玉、铝矾土(偏酸性)、莫来石(偏酸性)、硌铁矿(偏碱性)、石墨等;碱性耐火原料,如镁砂、白云石砂、镁钙砂等。

  二、按生产工艺作用分类按照其在耐火材料生产工艺中作用,耐火原料又可分为主要原料与辅助原料。

  主要原料是构成耐火材料的主体。辅助原料又可分为结合剂和添加剂。结合剂的作用是使耐火材料坯体在生产与使用过程中具有足够的强度。常用的有亚硫酸纸浆废液、沥青、酚醛树脂、铝酸盐水泥、水玻璃、磷酸及磷酸盐、硫酸盐等,有些主要原料本身又具有结合剂的作用,如结合粘土;添加剂的作用是改善耐火材料生产或施工工艺,或强化耐火材料的某些性能,如稳定剂、减水剂、抑制剂、增塑剂、发泡剂分散剂、膨胀剂、抗氧化剂等。

  三、按酸碱性质分类按酸碱性,耐火原料可主要分为下面五大类。

  (1) 酸性原料主要是硅质原料,例如:石英、鳞石英、方石英、玉髓、燧石、蛋白石、石英岩、白硅砂、硅藻土,这些硅质原料中所含氧化硅(SiO2)至少在90%以上,纯净原料有氧化硅高达99%以上的。硅质原料在高温化学动态中是酸性性质,当有金属氧化物存在时,或与其接触时即起化学作用,并结合而成易熔的硅酸盐类。因此,如果硅质原料中含有少量的金属氧化物时,严重影响它的抗热性。

  (2) 半酸性原料主要是耐火黏土。在过去的分类中,黏土都是被列在酸性原料中,实际是不合适的。耐火原料的酸性依据是以游离的硅石(SiO2)为主体,因为按照耐火黏土与硅质原料的化学成分而言,耐火黏土中的游离硅石比硅质原料要少得多。因为在一般耐火黏土中有30%~45%的氧化铝,而氧化铝很少是游离状态的,必然与硅石结合而成高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O),即使有多余的硅石量也很少、作用也很小。因此,耐火黏土的酸性性质较硅质原料要弱得多。有些人认为,耐火黏土在高温下分解成为游离硅酸、游离氧化铝,但并不是就此不变,在继续受热时游离硅酸与游离氧化铝将结合成为英莱石(3Al2O3·2SiO2)。英莱石对碱性矿渣有很好的抗酸性能,同时由于耐火黏土中氧化铝成分的增高,其酸性物质渐渐变弱,当氧化铝达到50%,便出现碱性或中性性质,特别是在超高压力下制成的黏土砖,密度大、细致紧密、气孔率低,在高温条件下对碱性矿渣的抵抗性比硅石要强。就其侵蚀性而言,英莱石也是非常迟缓的,因此我们认为把耐火黏土列为半酸性原料是比较合适的。耐火黏土是耐火材料工业中最基本而且用途最广的一种原料。

  (3) 碱性耐火材料原料主要是菱镁矿(菱苦土)、白云石、石灰、橄榄石、蛇纹石、高铝氧原料(有时呈中性),这些原料对碱性矿渣有较强的抵抗力,多用于砌筑碱性熔炉,但是特别容易和酸性矿渣起化学反应而成为盐类。

  (4) 中性原料中性原料主要是铬铁矿、石墨、碳化硅(人工制造),在任何温度条件下都不与酸性或碱性矿渣发生化学反应。目前在自然界中有两种这样的原料,即铬铁矿和石墨。石墨除天然的以外,还有人造石墨,这些中性原料,对矿渣均有显著的抵抗性能,最适合用作碱性耐火材料和酸性耐火材料的隔层。

  (5) 特殊耐火材料主要是氧化锆、氧化钛、氧化铍、氧化铈、氧化钍、氧化钇等。这些原料对各种矿渣均有不同程度的抵抗性能,但是由于原料来源不多,不能在耐火材料工业中大量的应用,只能在特殊情况下采用,因此通称为特殊耐火原料。

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