耐火材料的发展趋势和新技术

本科课程论文题目：耐火材料的发展趋势和新技术学院:材料与冶金学院专业:无机非金属材料工程学号:2009021280学生姓名:指导教师:日期:2012.12.26武汉科技大学耐火材料新技术课程论文摘要作为现代工业窑炉不可或缺的耐火保温材料，硅酸铝纤维在倡导节能高效的今天显得尤为重要。传统硅酸铝纤维材料主要以定形制品如板、毡、毯为主，受到强度及施工条件的限制，不能广泛的应用于需满足一定强度和施工条件较为复杂的窑炉部位。本文概述了近年来定型和不定型耐火材料的总体发展趋势和新技术，为耐火材料的研究和使用提供参考。武汉科技大学耐火材料新技术课程论文目录1耐火材料的总体发展趋势..........................................................12定型耐火材料的发展趋势和新技术.........................................22.1定形耐火材料的发展趋势...................................................22.2定形耐火材料新技术...........................................................23不定形耐火材料的发展趋势和新技术.....................................33.1不定形耐火材料的发展趋势...............................................33.2不定形耐火材料新技术.......................................................44纤维浇注料的强度研究..............................................................54.1硅酸铝纤维的基本性能.......................................................64.2骨料对纤维浇注料强度的影响...........................................84.3基质对纤维浇注料强度的影响...........................................94.5硅酸铝纤维的导热性研究.................................................125硅酸铝纤维施工方式的研究....................................................135.1模块结构及层铺结构.........................................................135.2纤维喷涂结构.....................................................................136课题的提出................................................................................13参考文献..........................................................................................14武汉科技大学耐火材料新技术课程论文11耐火材料的总体发展趋势近年来，随着冶炼技术和钢铁工业的快速发展，耐火材料也实现了一系列重大技术变革，正逐步由依赖于天然原料、大批量生产的原始制品群向以多品种、小批量、人工原料、开发和设计等为原则的精密、高级制品系列转变，即由古典耐火材料向多样化的新型耐火材料转变。这些表征着近年来耐火材料总体发展趋势的变革，概括起来可以归结为以下几点:（1）高纯度化在各国的耐火原料中，那些纯度较低的天然原料，由于所含大量杂质的不良影响和使用性能的不足，其用量正日趋减少，如硅石、粘土等。相应地，那些杂质少、性能优异的高纯度天然原料或经过提纯的天然原料，如锆英石、石墨等，用量正日趋增加。同时，电焙镁石、碳化硅、尖晶石等人工合成原料的开发和应用，也日益受到各研究和应用部门的关注与重视。（２）致密化由于使用过程中，对耐火制品的强度和高温性能的要求越来越高，耐火制品，特别是耐火砖，正走向致密化、长尺寸、大型化的方向发展。相应地，高压成型、高温烧成技术也在不断发展。（３）精密化随着冶炼技术和钢铁等工业的发展，耐火制品的形状日趋复杂，性能要求也日趋精细。因而，各国耐火材料的配比、性能和生产工艺的设计，甚至施工技术都日趋精密化。其中，连铸用耐火材料是精密化趋势最为集中最为突出的代表；同时还在朝着功能化的方向发展。（４）含碳耐火材料不断普及由于炭素材料具有吸收高温下因高强度、热膨胀或急剧温度变化而产生的应力，能防止熔融金属或炉渣浸润的特性，含碳耐火材料在各国都得到了相当程度的普及和应用，而且正在不断发展，其典型代表是镁碳砖、镁钙碳砖。（５）氧化物与非氧化物复合材料的开发70年代后期以来，世界耐火材料发展的一个突出成就是碳结合耐火材料的兴起和迅速发展，如镁碳砖、镁钙碳砖、铝碳材料、铝锆碳材料等。然而，碳结合材料的弱点是抗氧化性和强度较低。综合考虑高温性能，可以发展成为具有优良高温性能的高技术耐火制品，可用于条件复杂、苛刻的特定高温部位的氧化物与非氧化物复合材料的开发，成为耐火材料近年来和今后的又一发展方向。其中，氧化物包括氧化铝、锆刚玉、莫来石、氧化锆、锆英石、氧化镁等；非氧化物包括碳化硅、氮化硼、赛隆、硼化锆等。氧化物与非氧化物复合材料，有直接结合、反应结合和碳结合等不同的工业途径。近年来的开发研究结果表明，与碳结合材武汉科技大学耐火材料新技术课程论文2料相比，复合材料的常温和高温强度要高得多，抗氧化性也好得多；与氧化物制品相比，复合材料具有显著的高抗热震性能。（６）不定形比不定形耐火材料由于具有易于实现机械化、自动化施工，通过后期修补容易延长寿命，以及节约工时和材料等优点，不定形耐火材料在总体耐火材料中所占比例正逐年上升。在国外，美国、日本和西欧等工业发达国家的不定形率，近年来已超过$%。我国对不定形耐火材料的开发和应用，近几年来也取得了相当的成就，并且正日益受到各研究和应用部门的重视。2定型耐火材料的发展趋势和新技术2.1定形耐火材料的发展趋势从技术的角度看，定型耐火材料近年来和今后的发展趋势主要有以下三个方向。（１）高耐用性和高级化由于钢铁等工业的发展变化，高温和侵蚀条件等增加了操作的难度，加速了耐火材料的损毁。因而开发在日益苛刻的操作条件和日益恶劣的使用环境中，可确保长寿命的高耐用性和高级耐火材料并实用化，是近年来也是今后定型耐火材料的主要发展趋势。（２）功能化定型耐火材料的另一趋势是向优化工艺与质量的功能耐火材料方向发展。所谓功能耐火材料，即能起到类似机械部件作用的功能性耐火材料。目前，功能化最为突出，功能性耐火材料最主要的开发和应用领域是连铸用耐火材料。如注入控制用和吹气用滑动水口、长水口、浸入式水口、塞棒和滑板等。（３）不定形耐火材料定型化随着不定形耐火材料高新技术的研究与开发，可用不定形耐火材料来生产功能性定型制品。其优点是不需要复杂的定型机械和大吨位的成型机（如等静压机），同样可以生产出适合使用的功能性耐火材料，如钢包底吹氩透气砖、颗粒浇注焙融石英水口等。2.2定形耐火材料新技术近年来，国内外发展较快、影响较大、应用较多的定型耐火材料新技术主要有以下三项。武汉科技大学耐火材料新技术课程论文3（１）镁碳砖、镁钙碳砖镁碳砖、镁钙碳砖是含碳耐火材料的典型代表。其特点是耐炉渣侵蚀和耐热震性好。而镁铬质及白云石质制品的缺点，是与炉渣成分反应生成变质层产生结构剥落。镁碳砖、镁钙碳砖通过石墨清除了这一缺点。其特点是将熔渣的反应层限制在工作面上。镁碳砖、镁钙碳砖是!年代开发的，近几年来日趋成熟，被广泛地应用在碱性吹氧转炉上，而且还在向其他应用领域扩展。（２）凝固模耐火成型件凝固模耐火成型件技术是九十年代发展起来的，其陶瓷原料是莫来石、烧结铝、锆石和碳化硅混合，加入各种不可逆无机溶胶制成一种流变稠度适合于浇注的混合料，注入铸模后，连同模具冷却到凝胶温度以下，溶胶固化，将凝固后的陶瓷部件从铸模中取出、烘干，经煅烧制成制品，制成的制品具有致密光滑的表面。使用凝模工艺制成的陶瓷耐火制品都具有一定的应用特性，使高铝耐火制品获得了非机械加工得到的精确公差、低气孔率和良好的抗热震性，为熔炼超高温不锈钢提供了优良的耐磨性和耐蚀性。（３）直接金属氧化直接金属氧化工艺，是#年代后期发展起来的用于生产陶瓷基质复合材料的工艺。生产的复合材料系列有碳化硅微粒与氧化铝基质料、碳化硅或氧化铝纤维与氧化铝基质料、硼化锆晶片与碳化锆基质料、碳化硅或氧化铝微粒与铝金属基质料等复合材料。直接金属氧化工艺首先是通过单轴加压或浇注制作预成型件。预成型件在900~1000℃下与熔融金属接触时迅速反应，!—氧化铝或氮化铝等从预成型件与合金的有氧界面开始，直接进入到预成型件中，毛细作用把熔融金属通过孔道送至生长前沿，使氧化反应一直维持到反应前沿。反应生成的复合材料具有连续互连的陶瓷和金属相，具有高的韧性和强度及优良的耐蚀性。并且具有足够的微裂纹以抵抗热冲击。用直接金属氧化工艺生产的氧化镁—铝的氮化物复合材料，可用于盛钢桶和中间包的滑动水口，高炉风口和浸入式水口。与树脂结合氧化铝材料相比，Mg\AlN\Al复合材料具有类似的机械性能和抗热震性，耐磨性增加了一倍，并具有良好的抗侵蚀性。3不定形耐火材料的发展趋势和新技术3.1不定形耐火材料的发展趋势不定形耐火材料的发展趋势同烧成耐火材料制品相比，不定形耐火材料具有生产周期短，节约能源，整体性好，适应性强，综合使用效果好等优点。因此，武汉科技大学耐火材料新技术课程论文4不定形耐火材料的发展十分迅速，已成为今后耐火材料总体发展趋势之一。不定形耐火材料自身的技术发展趋势有以下几方面。（1）材质方面不定形耐火材料的材质，近年来正由中性、酸性氧化物材料向碱性氧化物材料和氧化物与非氧化物复合材料发展，由低纯度向高纯度发展，所用的原料则由以天然耐火原料为主向人工合成耐火原料发展。（2）结合方式不定形耐火材料的结合方式，近年来循着水合结合→化学结合→水合结合+凝聚结合→聚合结合→凝聚结合的方向发展。（3）作业性能不定形耐火材料的作业性能，近年来循着由难触变到易触变再到无触变（易流动）的方向发展。从流变学观点来说，即从塑—弹性向粘—塑—弹性与粘—塑性的方向发展。（4）调合用水量不定形耐火材料调合用水量，近年来的发展趋势是由高水分向低水分及无水分方向发展。3.2不定形耐火材料新技术近年来，不定形耐火材料新技术有以下三项最为瞩目。（１）自结合不定形耐火材料自结合不定形耐火材料系指胶结剂的化学成分（或结合相）与被结合物的化学成分（或被结合相）是相似的材料。它是根据多元氧化物材料的相平衡图进行选择和确定的。自结合不定形耐火材料的主要应用是自结合浇注料。自结合浇注料是根据胶体化学中分散体系的稳定性与凝聚理论开发成功的。其技术关键是采用超微粉、分散剂和迟效凝聚剂。由于自结合浇注料是用与主材料化学成分相同的微粉或超微粉作结合剂，如超低水泥和无水泥浇注料，烧结时不生成新的低熔点相，不降低耐火度。因此，可提高使用温度和抗熔渣的侵蚀性；同时，由于加入的超微粉具有较大的表面活性，降低了烧结温度，不仅提高了低、中温结合强度，还提高了高温机械强度。（２）自烧结不定形耐火材料自烧结不定形耐火材料系指不加入烧结剂，依靠材料自身含有的低熔点结合相在烘烤和使用时相互扩散形成结合。它也是根据多元氧化物的相平衡图来进行选择和确定其组成的。主要品种有依靠材料中的!#与$%&#’反应生成低熔点结合相的()#*!#*$%&#’质干式捣打料，以及利用加热过程中沥青（或树脂）武汉科技大学耐火材料新技术课程论文5分