耐火材料按外形可分為定形耐火材料制品,如燒成磚、電熔磚(熔鑄磚)、耐火隔熱磚以及實驗和工業(yè)用坩堝、器皿等特殊制品;不定形耐火材料制品,簡稱散裝料,在使用地點才制成所需要的形狀并進行熱處理,如澆注料、搗打料、投射料、噴射料、耐火泥等;耐火纖維,如鋁纖維、硅酸鋁纖維等使用時一般經(jīng)過二次加工成毯、氈、板、繩、組合件和纖維塊制品。這種分類方法直觀地反映了耐火材料的外形。
1、硅質(zhì)耐火材料
硅質(zhì)耐火材料是指以SiO2為主要成分的耐火材料。主要制品有硅磚、不定形硅質(zhì)耐火材料及石英玻璃制品。
硅質(zhì)耐火材料為典型的酸性耐火材料。其礦物組成:主晶相為鱗石英和方石英,基質(zhì)為石英玻璃相。硅質(zhì)耐火材料對酸性爐渣抵抗能力強,但受華性渣強烈侵蝕;荷重軟化溫度高;殘余膨脹保證了砌筑體具有良好的氣密性和結構強度;耐磨、導熱性好;熱穩(wěn)定性低,耐火度不高,因此限制了其廣泛的應用。硅磚主要用于焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐及其熱工設備。
2、鎂質(zhì)耐火材料
鎂質(zhì)耐火材料是指以菱鎂礦、海水鎂砂和白云石等作為原料,以方鎂石為主晶相,MgO含量在80%85%以上的耐火材料。鎂質(zhì)耐火材料屬堿性耐火材料,抵抗堿性物質(zhì)的侵蝕能力較好,耐火度很高,是煉鋼堿性轉(zhuǎn)爐、電爐、化鐵爐、許多有色金屬火法冶煉中使用最廣泛且最重要的一類耐火材料,也是玻璃蓄熱室、水泥窯和陶瓷窯爐高溫帶常用的耐火材料。
鎂質(zhì)耐火材料產(chǎn)品可分為冶金鎂砂和鎂質(zhì)制品兩大類。按化學組成及用途可分為冶金鎂砂、鎂磚、鎂硅磚、鎂鋁磚、鎂鈣磚、鎂碳磚及其他品種等。其性能受CaO/SiO2比和雜質(zhì)的影響很大。高純鎂磚的荷重軟化點和耐熱震性都遠較一般鎂磚為好。耐火度高,對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性,是一種重要的耐火材料。鎂質(zhì)制品多用燒結法生產(chǎn),燒成溫度一般在15001800℃之間,另外,也可以加化學結合劑,制成不燒磚和不定形耐火材料。
3、熔鑄耐火材料
熔鑄耐火材料指原料及配合料經(jīng)高溫熔化后澆鑄成一定形狀的制品。配合料的熔融方法有電熔法和鋁熱法兩種。電熔法即在電弧爐或電阻爐中熔化配合料。鋁熱法是利用鋁熱反應(2Al+Fe2O3→2Fe+Al2O3+Q)放出的熱量將配合料熔化。電熔法是目前生產(chǎn)熔鑄耐火材料的主要方法。
熔鑄耐火制品的種類很多,目前應用最為廣泛的是熔鑄鋯剛玉磚。其他熔鑄制品有熔鑄莫來石磚、熔鑄鋯莫來石磚;熔鑄剛玉磚、鎂質(zhì)、尖晶石及橄欖石質(zhì)等熔鑄制品。熔鑄制品與燒結法制品相比,有以下特點:制品很致密,氣孔少,密度大;機械強度高;高溫結構強度大;導熱性高,抗渣性好。
4、含碳耐火材料
含碳耐火材料是指以碳化物為主要組成的耐火材料,屬中性耐火材料,分為碳質(zhì)制品、石墨黏土制品和碳化桂制品二類。
含碳耐火材料的耐火度高(純碳的熔融溫度為3500℃,實際上在3000℃即開始升華。碳化硅在2200℃以上分解),導熱性和導電性均好,荷重變形溫度和高溫強度優(yōu)異,抗渣性和抗熱震性都比其他耐火材料好。但這一類制品都有易氧化的缺點。
碳質(zhì)制品是以碳為主要成分,用焦炭、石墨或熱處理無煙煤為原料,以含碳的有機材料為結合劑制得的制品。這類制品有以焦炭或無煙煤為主要成分的碳磚和經(jīng)石墨化的人造石墨質(zhì)和半石墨質(zhì)碳磚。碳質(zhì)制品具有良好的耐熱性、抗侵蝕性、高溫強度和高溫導熱性,目前主要用于高爐。
石墨黏土制品是以天然石墨為原料,以黏土作結合劑制得的耐火材料。它具有良好的導熱性,耐高溫,不與金屬熔體作用,熱膨脹小。這類制品有石墨黏土坩堝、蒸餾罐、鑄鋼用塞頭磚、水口磚及盛鋼桶襯磚等。其中生產(chǎn)最多、應用最廣的是煉鋼和熔煉有色金屬的石墨黏土坩堝。
碳化硅制品是以碳化硅(SiC)為原料生產(chǎn)的耐火材料。其耐磨性和耐蝕性好,高溫強度大,熱導率高,熱膨脹系數(shù)小,抗熱震性好,近年來其應用領域不斷擴大。碳化硅質(zhì)制品目前鋼鐵冶煉中可用于盛鋼桶內(nèi)襯、水口、塞頭、高爐爐底和爐腹、出鐵槽、轉(zhuǎn)爐和電爐出鋼口、加熱爐無水冷滑軌等方面。在有色金屬(鋅、銅、鋁)冶煉中,大量用于蒸餾器、精餾塔托盤、電解槽側墻、熔融金屬管道、吸送泵和熔煉金屬坩堝等。
5、輕質(zhì)耐火材料
輕質(zhì)耐火材料是指氣孔率高、體積密度低、熱導率低的耐火材料。輕質(zhì)耐火材料的特點是具有多孔結構(氣孔率一般為40%85%)和高的隔熱性。在工業(yè)窯爐和其他熱工設備上用作隔熱材料。與一般耐火磚比較,抗渣蝕性、力學強度、耐磨損性較差,高溫下體積收縮較大。
按體積密度分,輕質(zhì)耐火材料可分為輕質(zhì)磚、超輕質(zhì)磚兩類。體積密度在0.31.3g/cm3的為輕質(zhì)磚;低于0.3g/cm3的為超輕質(zhì)磚。
按使用溫度,輕質(zhì)耐火材料可分為低溫、中溫、高溫三類。使用溫度600900℃為低溫隔熱材料;9001200℃為中溫隔熱材料;超過1200℃的為高溫隔熱材料。
按制品形狀分,輕質(zhì)耐火材料可分為定形和不定形兩類。定形的輕質(zhì)耐火磚包括黏土質(zhì)、高鋁質(zhì)、硅質(zhì)以及某些純氧化物輕質(zhì)磚等;不定形輕質(zhì)耐火材料,如輕質(zhì)耐火混凝土等。
6、不定形耐火材料
不定形耐火材料是由合理級配的粒狀和粉狀料與結合劑共同組成的不經(jīng)成型和燒成而直接使用的耐火材料。通常,把構成此種材料的粒狀材料稱為骨料,把粉狀料稱為摻合料,把結合劑稱為膠結劑。這類材料無固定外形,可制成漿狀、泥膏狀和松散狀,因而也統(tǒng)稱為散狀耐火材料。用此種耐火材料可構成無接縫的整體構筑物,故也稱為整體耐火材料。
不定形耐火材料種類很多,分類方法也很多,一般按照化學成分性質(zhì)可以分為堿性耐火材料、酸性耐火材料和中性耐火材料;按照化學成分可以分為硅質(zhì)、硅酸鋁、鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、碳化硅質(zhì)、鋁碳等;按照結合方式可以分為水泥結合、化學結合、凝聚結合等;按照安裝方式可以分為澆注料、可塑料、搗打料、噴涂料、預制件等。
鋼鐵行業(yè)所用耐火材料占耐火材料總量的70%左右。耐火材料的主要作用是承受高溫、磨損、腐蝕等作用,保護熱工設備鋼結構完好,提供較好的工作條件。
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