耐火材料
- 最后修訂:2020-05-14
澆注料又稱(chēng)耐火澆注料,是一種由耐火物料加入一定量結合劑制成的粒狀和粉狀材料,具有較高流動(dòng)性,以澆注方式成型的不定形耐火材料。同其他不定形耐火材料相比,結合劑和水分含量較高,流動(dòng)性較好,故而澆注料應用范圍較廣,可根據使用條件對所用材質(zhì)和結合劑加以選擇。既可直接澆注成襯體使用,又可用澆注或震實(shí)方法制成預制塊使用。耐火度不低于1580℃的一類(lèi)無(wú)機非金屬材料。耐火度是指耐火材料錐形體試樣在沒(méi)有荷重情況下,抵抗高溫作用而不軟化熔倒的攝氏溫度。但僅以耐火度來(lái)定義已不能全面描述耐火材料了,1580℃并不是絕對的?,F定義
澆注料又稱(chēng)耐火澆注料,是一種由耐火物料加入一定量結合劑制成的粒狀和粉狀材料,具有較高流動(dòng)性,以澆注方式成型的不定形耐火材料。
同其他不定形耐火材料相比,結合劑和水分含量較高,流動(dòng)性較好,故而澆注料應用范圍較廣,可根據使用條件對所用材質(zhì)和結合劑加以選擇。既可直接澆注成襯體使用,又可用澆注或震實(shí)方法制成預制塊使用。
耐火度不低于1580℃的一類(lèi)無(wú)機非金屬材料。耐火度是指耐火材料錐形體試樣在沒(méi)有荷重情況下,抵抗高溫作用而不軟化熔倒的攝氏溫度。但僅以耐火度來(lái)定義已不能全面描述耐火材料了,1580℃并不是絕對的?,F定義為凡物理化學(xué)性質(zhì)允許其在高溫環(huán)境下使用的材料稱(chēng)為耐火材料。耐火材料廣泛用于冶金、化工、石油、機械制造、硅酸鹽、動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域,在冶金工業(yè)中用量最大,占總產(chǎn)量的50%~60%。
耐火材料應用于鋼鐵、有色金屬、玻璃、水泥、陶瓷、石化、機械、鍋爐、輕工、電力、軍工等國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域,是保證上述產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)運行和技術(shù)發(fā)展必不可少的基本材料,在高溫工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中起著(zhù)不可替代的重要作用。
自2001年以來(lái),在鋼鐵、有色、石化、建材等高溫工業(yè)高速發(fā)展的強力拉動(dòng)下,耐火材料行業(yè)保持著(zhù)良好的增長(cháng)態(tài)勢,已成為世界耐火材料的生產(chǎn)和出口大國。2011年中國耐火材料產(chǎn)量約占全球的65%,產(chǎn)銷(xiāo)量穩居世界耐火材料第一。
2001-2010年耐火原料及制品產(chǎn)量穩步增長(cháng),其中“十五”末約為2001年的2倍;2010年全國耐火制品產(chǎn)量達2808.06萬(wàn)噸,約為“十五”末的3倍。截止2011年,中國耐火材料行業(yè)共有規模以上企業(yè)1917家,從業(yè)人員超過(guò)30多萬(wàn)人,實(shí)現銷(xiāo)售收入3376.79億元,實(shí)現產(chǎn)品銷(xiāo)售利潤477.37億元。
但是,由于無(wú)序開(kāi)采、加工技術(shù)水平不高,資源綜合利用水平較低,浪費較為嚴重,上述礦產(chǎn)資源、特別是高品位耐火原料資源已越來(lái)越少,節約資源、綜合利用資源已是當務(wù)之急。
宋楨雨認為,耐火材料行業(yè)必須引導原料礦山組織科學(xué)開(kāi)采,對資源進(jìn)行優(yōu)化綜合利用,特別是不同品位礦藏的均化處理,杜絕濫采亂挖,逐步促進(jìn)資源的更合理利用,使有限的資源發(fā)揮最大限度的作用,實(shí)現可持續發(fā)展。
耐火材料行業(yè)發(fā)展與國內礦產(chǎn)資源的保有量休戚相關(guān)。鋁礬土、菱鎂礦和石墨是三大耐火原料。而中國是世界三大鋁土礦出口國之一,菱鎂礦儲量世界第一,還是石墨出口大國,豐富的資源支撐著(zhù)中國耐火材料度過(guò)了高速發(fā)展的十年。
與此同時(shí),中國耐火材料企業(yè)眾多,企業(yè)規模、工藝技術(shù)、控制技術(shù)、裝備水平參差不齊,先進(jìn)的生產(chǎn)方式與落后的生產(chǎn)方式共存。行業(yè)整體清潔生產(chǎn)水平不高,節能減排任務(wù)艱巨。
隨著(zhù)“十二五”期間,中國加快淘汰落后及高能耗產(chǎn)能,行業(yè)將重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和推廣新型節能爐窯,開(kāi)發(fā)綜合節能技術(shù),開(kāi)展能源管理,“三廢”的排放控制和“三廢”資源化回收利用等。致力于用后耐火材料資源化和再利用,減少固廢排放,提高資源的綜合利用率,全面推進(jìn)節能減排。
《耐火材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》指出,中國鋼鐵工業(yè)耐火材料單耗約為每噸鋼消耗25公斤左右,到2020年降至15公斤以下。2020年中國耐火材料更長(cháng)壽、更節能、無(wú)污染、功能化的產(chǎn)品有大幅度提高,產(chǎn)品滿(mǎn)足冶金、建材、化工以及新興產(chǎn)業(yè)等國民經(jīng)濟發(fā)展需要,提高出口產(chǎn)品的技術(shù)含量。
中國在4000多年前就使用雜質(zhì)少的粘土,燒成陶器,并已能鑄造青銅器。東漢時(shí)期(公元25~220)已用粘土質(zhì)耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀初,耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發(fā)展,同時(shí)發(fā)展了完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和高耐火纖維(用于1600℃以上的工業(yè)窯爐)。前者如氧化鋁質(zhì)耐火混凝土,常用于大型化工廠(chǎng)合成氨生產(chǎn)裝置的二段轉化爐內壁,效果良好。50年代以來(lái),原子能技術(shù)、空間技術(shù)、新能源開(kāi)發(fā)技術(shù)等的迅速發(fā)展,要求使用耐高溫、抗腐蝕、耐熱震、耐沖刷等具有綜合優(yōu)良性能的特種耐火材料,例如熔點(diǎn)高于2000℃的氧化物、難熔化合物和高溫復合耐火材料等。
古代、中世紀、文藝復興時(shí)代的耐火材料,工業(yè)革命前后高爐、焦爐、熱風(fēng)爐用耐火材料,近代后期新型耐火材料及其制造工藝,現代耐火材料制造技術(shù)及主要技術(shù)進(jìn)步,以及對未來(lái)耐火材料發(fā)展的展望,耐火材料與高溫技術(shù)相伴出現,大致起源于青銅器時(shí)代中期。中國東漢時(shí)期已用粘土質(zhì)耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀初,耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發(fā)展,同時(shí)出現了完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纖維?,F代,隨著(zhù)原子能技術(shù)、空間技術(shù)、新能源技術(shù)的發(fā)展,具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱振、耐
沖刷等綜合優(yōu)良性能的耐火材料得到了應用。在中國有許多工廠(chǎng)生產(chǎn)耐火材料產(chǎn)品。中國有豐富的資源,也正因為這方面的原因,各大外國投資商也來(lái)到國內一展身手,展露頭角。在中國的東北部,是耐火材料供應商極其豐茂的地區,導致其他國外投資商對其的出口低價(jià)格產(chǎn)生了質(zhì)疑,從而在2003年由歐盟提出對中國耐火材料新產(chǎn)品的反傾銷(xiāo),限制了產(chǎn)品對歐盟的出口。2006年中國為保護原材料資源的大量流失,對部分行業(yè)進(jìn)行了減免出品退稅,以此極大地限制產(chǎn)品的出口。但這并不能在很大程度上限制一些國外的品牌銷(xiāo)售,因為它們擁有幾十甚至上百年的銷(xiāo)售生產(chǎn)經(jīng)驗,并極大地占有了市場(chǎng),也創(chuàng )立了它們在各大洲的品牌效應。
1、提高資源綜合利用水平和保障能力。
到2015年,高端耐火材料基本自給,菱鎂礦石資源綜合利用率不低于90%,耐火粘土礦石資源綜合利用率不低于80%。到2020年,兩種礦石資源綜合利用率分別高于95%和90%。
2、加大節能減排力度。
到2015年,主要耗能設備能效水平達到一級,主要產(chǎn)品的綜合能耗比2010年降低20%以上,二氧化硫、氮氧化物排放總量比2010年分別下降8%和10%以上,用后耐火材料回收再利用率不低于50%。到2020年,用后耐火材料回收再利用率高于75%。
3、提高產(chǎn)業(yè)集中度。
到2015年,形成2~3家具有國際競爭力的企業(yè),創(chuàng )建若干個(gè)新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地,前10家企業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度達到25%。到2020年,前10家企業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度提高到45%。
耐火材料的作業(yè)性包括稠度、塌落度、流動(dòng)度、可塑性、粘結性、回彈性、凝結性、硬化性等。
性能:耐火材料的物理性能包括結構性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能、使用性能和作業(yè)性能。
耐火材料的結構性能包括氣孔率、體積密度、吸水率、透氣度、 氣孔孔徑分布等。
耐火材料的熱學(xué)性能包括熱導率、熱膨脹系數、比熱、熱容、導溫系數、熱發(fā)射率等。
耐火材料的力學(xué)性能包括耐壓強度、抗拉強度、抗折強度、抗扭強度、剪切強度、沖擊強度、耐磨性、蠕變性、粘結強度、彈性模量等。
耐火材料的使用性能包括耐火度、荷重軟化溫度、重燒線(xiàn)變化、抗熱震性、抗渣性、抗酸性、抗堿性、抗水化性、抗CO侵蝕性、導電性、抗氧化性等。 [3]
生產(chǎn)工藝:根據制品的致密程度和外形不同,有燒結法、熔鑄法和熔融噴吹法等。 燒結法是將部分原料預燒成熟料,破碎和篩分,再按一定配比與生料混合,經(jīng)過(guò)成型、干燥和燒成。原料預燒的目的是將其中的水分、有機雜質(zhì)、硫酸鹽類(lèi)分解的氣體燒除,以減少制品的燒成收縮,保證制品外形尺寸的準確性。原料在破碎和研磨后還需要經(jīng)過(guò)篩分,因為坯料由不同粒度的粉料進(jìn)行級配,可以保證最緊密堆積而獲得致密的坯體。
為了使各種生料和熟料的成分和顆粒均勻化,要進(jìn)行混煉,同時(shí)加入結合劑,以增強坯料結合強度。如硅酸鋁質(zhì)坯料加入結合粘土,鎂質(zhì)坯料加入亞硫酸紙漿廢液,硅質(zhì)坯料加入石灰乳等。根據坯料含水量的多少,可以采用半干法成型(約含5%水分),可塑法成型(約含 15%水分)和注漿法成型(約含40%水分)。然后進(jìn)行干燥和燒成。熔鑄法是將原料經(jīng)過(guò)配料混勻和細磨等工序,在高溫熔化,直接澆鑄,經(jīng)冷卻結晶、退火成為制品。如熔鑄莫來(lái)石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們的坯體致密,機械強度高、高溫結構強度大,抗渣性好,使用范圍不斷在擴大。熔融噴吹法是將配料熔化后,以高壓空氣或過(guò)熱蒸汽進(jìn)行噴吹,使之分散成纖維或空心球的方法。制品主要用作輕質(zhì)耐火、隔熱材料。此外,還可制成粉狀或粒狀不定形耐火材料,臨用時(shí)以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽等結合劑膠結,不經(jīng)成型和燒結而直接使用。
應用:經(jīng)常使用的特殊材料有AZS磚、剛玉磚、直接結合鎂鉻
耐火材料磨具磚、碳化硅磚、氮化硅結合碳化硅磚、氮化物、硅化物、硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化鈣、氧化鉻、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹等耐火材料。 經(jīng)常使用的隔熱耐火材料有硅藻土制品、石棉制品、絕熱板等。經(jīng)常使用的不定形耐火材料有補爐料、搗打料、澆注料、可塑料、耐火泥、噴補料、投射料、涂料、輕質(zhì)耐火澆注料、炮泥等。