不定型耐火材料及其市场应用前景

不定型耐火材料及其市场应用前景目录1.概述2.不定型耐火浇注料3.不定型耐火捣打料4.不定型耐火可塑料5.不定型耐火喷射料和不定型耐火投射料6.不定型耐火泥1.概述不定型耐火材料是由合理级配的粒状和粉状料与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料【1】，其基本组成是粒状和粉状。一般粒状料称为骨料、粉状料称为掺合料、结合剂称为胶结剂。由于其无固定的外型，可制成浆状、泥膏状和松散状。不定型耐火材料按其工艺特性可分为浇注料、可塑料、捣打料、喷射料、投射料、耐火泥和耐火涂料等。由于其生产只经过粒状、粉状料的制备和混合料的混练过程，因此其过程简便，成品率高，供应较快，热能消耗较低。加之其可制成任何形状的构筑物，用适当的增强法还可制成坚固的整体构筑物，所以，适应性强，施工过程简单，生产效率高。另外，当耐火砖的砌体或整体构筑物局部损坏时，还可利用喷射、抛投设备进行冷态或热态修补，既迅速又经济。1.概述由于不定型耐火材料有上述许多优点，近年来在加热炉中广泛应用普通的和轻质的不定型耐火材料，并向加纤维方向发展。在熔炼炉中，不定型耐火材料的应用也在进一步发展。目前，不定型耐火材料已成为为中高温工业服务的重要基础材料之一，与钢铁、有色金属、建材、轻工、电子及化工等行业的发展密切相关。不定型耐火材料的技术进步，保证了中高温工业新技术的实施。一些发达国家不定型耐火材料已发展到占全部耐火材料的一半以上。随着不定型耐火材料新技术的快速发展，许多优异性能的新产品层出不穷，显示出广阔的市场前景。2.不定型耐火浇注料不定型耐火浇注料是以粉状、粒状耐火物料与适当结合剂的水等配成，具有较高流动性的耐火材料。多以浇注或（和）震实方式施工。结合剂多用水硬性铝酸钙水泥。用绝热的轻质材料制成的不定型耐火浇注料又称轻质浇注料。耐火浇注料是不定形耐火材料的主要品种[2]。在第二次世界大战期间，美国首先以耐火浇注料作为锅炉和石油生产设备的异形砖代用品。60年代以来不定形耐火材料发展迅速，到90年代中叶，日、美、德等国家的不定形耐火材料产量已占耐火材料总产量的1/3以上，其中耐火浇注料占不定形耐火材料的70%左右。我国在20世纪50年代初期开始应用硅酸盐水泥耐火浇注料（当时称为耐热混凝土），主要用于700℃以下的热2.不定型耐火浇注料工设备。1965～1975年普遍采用铝酸钙水泥和磷酸盐耐火浇注料（当时称为耐火混凝土），使用温度提高到1400℃～1600℃；1976年初制定了产品标准，此后产品种类迅速增加，质量也逐步提高。从80年代开始，国内外各种高性能的不定形耐火材料得到很大发展，克服了铝酸盐水泥浇注料、化学结合浇注料在应用过程中出现低熔物和有害气体的缺点，使不定形耐火材料的使用温度有较大幅度的提高。到目前为止[3]，耐火浇注料已走过了一个由“水合结合→化学结合→聚合结合→水合结合+聚合结合→凝聚结合”的发展过程,由会带入高杂质的结合剂向低杂质乃至无杂质结合剂2.不定型耐火浇注料的方向发展,耐火浇注料的纯度不断提高。开发致密质低水泥、超低水泥浇注料已成为浇注料研制的主流。而且，由于浇注料物化性能的显著改善，其应用范围也得到了很大的拓展，呈现出由一般通用型向具有某些优异性能型转换的格局。例如在冶铝行业，作为铝电解的主要设备，铝电解槽的使用寿命直接关系到整个电解铝行业的发展,因而如何提高铝电解槽的使用寿命已成为相关科研工作者的研究重点。现阶段，大多铝电解槽虽然已在阴极碳块下采用了干式防渗料[4],但在电解槽侧部（即阴极碳块外,阴极钢棒外侧端部,碳块侧部）一般仍采用传统耐火浇注料（见图1）。2.不定型耐火浇注料图1铝电解槽内衬结构2.不定型耐火浇注料这种耐火混凝土用水量大,防渗性能差,耐久性差；在铝电解槽运行过程中,由于阴极碳块以及捣固碳糊与槽壁之间不可避免的存在孔隙,再加上直流电场的作用,电解质和铝液将渗漏到阴极原捣固碳糊碳块之下，直达耐火混凝土处,并沿耐火混凝土裂缝继续往下渗漏。熔融的电解质和铝液不断向阴极内衬中的渗透侵蚀和内衬材料的化学反应，会造成电解槽侧部漏铝、钢棒受损、底部散热增大，热平衡被破坏；会造成槽底结壳变厚，槽况恶化，技术指标变差，可直接导致电解槽的早期破损。由此可见，熔融的电解质和钠、铝液的渗透侵蚀是当前影响铝电解槽寿命的主要因素之一。由于在阴极碳块下已经采用了防渗效果明显的干式防2.不定型耐火浇注料渗料，这就使得解决阴极碳块、槽壁和阴极钢棒三者之间区域的防渗问题突出出来。解决这一区域的核心就在于提高防渗浇注料的性能。焦作工学院工矿技术开发公司目前已开发出铝电解槽用阴极钢棒浇注料，其防渗性能已达到国内领先水平。3.不定型耐火捣打料捣打料是一种呈松散状的以强力捣打进行施工成形的不定形耐火材料，主要由耐火原料制成的分配合理的颗粒和细粉组成。粒料、粉料可由各种材质制成，依使用要求而定。无论采用何种材质，由于捣打料主要用于与熔融物直接接触之处，要求粒、粉状料必须具有高的体积稳定性、致密性和耐侵蚀性。通常，都采用经高温烧结或熔融的材料。捣打料的耐火性和耐火熔融物侵蚀能力都可通过选用优质耐火原料。采用正确配比和混合以及强力捣实而获得。同浇注料和可塑料相比，高温下它具有较高的稳定性和耐侵蚀性。3.不定型耐火捣打料但是；其使用寿命在很大程度上取决于使用前的预烧或在第一次使用时的烧结质量，若加垫面烧结为整体而无龟裂并与底层不分离，则使用寿命可得到提高。捣打料呈干或半干的松散状，只有以强力捣打才可获得密实的结构。捣打料施工时按实际情况而定，当实测捣打料散状密度为1.33g/cm3，只能分两层压打施工，否则难以保证压实密度均匀。压缩比应为0.7时压打施工。采用双面刮板。第一层铺料刮平后纵横各用往复式砂石打5次，再刮平辅料，再纵横各用往复式夯打5次。计算得压实料密度为1.82-2.00g/cm3，基本满足技术要求。3.不定型耐火捣打料捣打料应当按如下施工：（1）开始捣打要快，后来要慢；（2）基准面要照准，确保压实料厚度和表面平整度；（3）合理确定分层捣打的厚度，确定压实密度。目前，干式防渗混合料占不定形耐火材料的30％左右，主要用在冶铝行业。众所周知，自冰晶石一氧化铝熔盐电解运法发明以来，在很长一段时间里，虽然铝电解槽阴极基本结构并未有大的改变，但对阴极内衬材料的研究却从来没有停止过，这是因为铝电解槽在工作过程中所存在的高温熔体，特别是电解质和生产过程中所存在的钠逐步向阴极碳块，耐火砖和保温层中渗透。渗入阴极下部的电解质和钠3.不定型耐火捣打料等与耐火，保温材料发生化学反应，一方面体积膨胀产生很大的应力，电解槽炉底上抬，槽壳变形导致漏炉与破损；另一方面它改变了耐火，保温材料的化学组成，降低其保温性能，破坏电解槽的热平衡使后期生产技术指标降低，能耗增加，因此研究适宜的阴极防渗方法，减少电解质对阴极保温材料的破坏成为铝工业的重点研究项目之一。从焦作万方铝厂破损槽分析看，大部分由于内应力造成炉底的变形使槽破坏，因此，填充在耐火砖层与保温砖间的氧化铝防渗挡板应该进一步改进，因此我们尝试研究了新型干防渗混合材料，这是一种简单易行，且材料成本低的新型材料。3.不定型耐火捣打料该材料可与渗透的电解质发生化学反应，生成一层厚约1～15mm的玻璃相，并保持玻璃相下面干料依然松软，所以该物质不但阻止电解质进一步向下渗透，也避免了防渗区全厚度裂缝，能缓冲一定垂直应力，阻止阴极因内应力加大而造成变形与破损，且经过尝试对于早期破损槽的防渗料可以实现重复使用。通过大量的实验研究，我们焦作工学院工矿技术开发公司开发出了一种新型的干式防渗混合料，该防渗料具有很好的防渗效果，同时能保温，消除垂直应力，大大减缓了由于耐火砖缝隙造成的侵蚀及槽底上抬。由于防渗料施工后有很好的规整面，大大地提高了电流效率，减少了耗电量，具有良好的经济效益。我们配制出的干式防渗混合料不仅具有一般防渗的性能3.不定型耐火捣打料技术指标，而且该配方大大减缓了侵蚀速度及其反应量，在振实密度相对较低的情况下，还形成了良好的霞石防护层，更好地阻止了冰晶石的侵蚀，未反应防渗料的重复使用也在很大程度上节省了原料，降低了筑炉成本。4.不定型耐火可塑料不定型耐火可塑料是由粉粒状耐火物料与粘土等结合剂和增塑剂配成，呈泥膏状，在较长时间内具有较高可塑性。施工时可轻捣或压实，经加热获得强度。粉状料是可塑料的主要组分，一般占总量的70～85﹪，一般采用粘土熟料和高铝质熟料。可塑性粘土是可塑料的主要组分，虽占可塑料总量的10～25﹪，单它对可塑料的可塑性，对可塑料和其硬化体的结合强度、体积稳定性和耐火性却影响很大。4.不定型耐火可塑料不定型耐火可塑料有如下性质：（1）有较高的可塑性，经长期储存后，仍具有一定的可塑性；（2）需加入适量的气硬性和热硬性结合剂来改进以软质粘土作结合剂的可塑料在施工后硬化缓慢和常温强度很低等缺点。（3）可塑料在干燥和加热过程中往往产生很大的收缩。（4）可塑料的耐热震性较好。4.不定型耐火可塑料可塑料的配置过程，一般是先经配料，再经混练和脱气并挤压成条，最后经切割或再积压称块、饼或其他需要的形状，密封储存，供应使用。可塑料特别是用于钢铁工业中的各种加热炉、均热炉、退火炉、渗碳炉、热风炉、烧结炉等处。也可用于小型电弧炉的炉盖、高温炉的烧嘴以及其他相似的部位。使用温度普通粘土可塑料1300～1400℃；优质粘土可塑料1400～1500℃；高铝质可塑料1600～1700℃甚至更高；铬质可塑料1500～1600℃。5.不定型耐火喷射料和不定型耐火投射料（1）不定型耐火喷射料不定型耐火喷射料是以压缩气体为动力的喷射机具进行喷射方式施工的不定型耐火材料。分湿法施工和干法施工两种。由于其主要用于涂层和修补其他炉衬，所以还称为喷涂料和喷补料。不定型耐火喷射料主要是以各种耐火的粒状料和粉状料组成，结合剂含量一般较低，还往往含有适量助熔剂以促进烧结，多数还加有少量水分。粒状和粉状料一般根据炉内可能达到的最高使用温度、温度波动范围、炉渣性质和对炉衬性质的要求选定材料。5.不定型耐火喷射料和不定型耐火投射料我们焦作工学院工矿技术开发公司开发出了一种高性能可喷射耐火混凝土，这种高性能可喷射耐火混凝土其主要技术指标如下：3d强度最高可达到28.9Mpa，耐火度可达到1650℃；28d强度最高可达到32.5Mpa，耐火度可达到1700℃以上；其成本低于普通耐火混凝土50%以上，可广泛应用于冶金，石油，化工等工业部门的耐火工程（热工窑炉，烟气，烟囱等工程的建造和修补）。高性能可喷射耐火混凝土的使用，可比普通的耐火混凝土节约成本50%～60%，其不仅能显著节约能源，减少材料用量，而且还能大大缩短建设工期。5.不定型耐火喷射料和不定型耐火投射料高性能可喷射耐火混凝土与其它材料相比具有良好的粘结强度，并能嵌入结构表面较大的洞穴和裂缝，保障与被加固结构的共同工作，并具有快凝、早强的特点，能在短期内满足生产使用的要求。我公司研制成功的高性能可喷射耐火混凝土用于修补耐火工程，完全可以使其达到使用标准要求，相比拆除重建更能节约大量资金。其经济效益和社会的效益都是显而易见的。（2）不定型耐火投射料不定型耐火投射料的组成与性质与不定型耐火喷射料相同。它是用高速运转的投射机具，以50～60m/s的线速度，将混合料投射于低层之上。主要适用于圆形的窑炉和容器，特别是常用于构成整体性盛钢筒和铁水罐内衬。6.不定型耐火泥耐火泥是由粒状料和粉状料组成供调治泥浆用的不定型耐火材料。主要用作砌筑耐火砖砌体的接缝和涂层材料。当用作接缝材料时，可调整砖的尺寸误差和不规整的外形，使砌体整齐和负荷均衡，以构成坚强和严密的整体，来抵抗外力的破坏和防止气体、熔融液的侵入。当作为涂料时，其质量对保护层是否能使底层充分发挥其应有的效用和延长使用寿命有密切关系。耐火泥的粉料可选用各种烧结充分的熟料和其他体积稳定的耐火原料制成。普通耐火泥用的结合剂为塑性粘土；若要求耐火泥在常温和中温下具有较快的硬化速度和较高的强度，应掺入适