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耐材答疑

耐火材料原料都有哪些種類?

  耐火材料種類繁多,通常按耐火度高低分為普通耐火材料(1580~1770℃)、高級耐火材料(1770~2000℃)和特級耐火材料(2000℃以上);按化學特性分為酸性耐火材料、中性耐火材料和堿性耐火材料。此外,還有用于特殊場合的耐火材料。

  酸性耐火材料以氧化硅為主要成分,常用的有硅磚和粘土磚。硅磚是含氧化硅93%以上的硅質制品,使用的原料有硅石、廢硅磚等,其抗酸性爐渣侵蝕能力強,荷重軟化溫度高,重復煅燒后體積不收縮,甚至略有膨脹;但其易受堿性渣的侵蝕,抗熱振性差。硅磚主要用于焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設備。粘土磚以耐火粘土為主要原料,含有30%~46%的氧化鋁,屬弱酸性耐火材料,抗熱振性好,對酸性爐渣有抗蝕性,應用廣泛。

  中性耐火材料以氧化鋁、氧化鉻或碳為主要成分。含氧化鋁95%以上的剛玉制品是一種用途較廣的優質耐火材料。以氧化鉻為主要成分的鉻磚對鋼渣的耐蝕性好,但抗熱振性較差,高溫荷重變形溫度較低。碳質耐火材料有碳磚、石墨制品和碳化硅質制品,其熱膨脹系數很低,導熱性高,耐熱振性能好,高溫強度高,抗酸堿和鹽的侵蝕,不受金屬和熔渣的潤濕,質輕。廣泛用作高溫爐襯材料,也用作石油、化工的高壓釜內襯。

  堿性耐火材料以氧化鎂、氧化鈣為主要成分,常用的是鎂磚。含氧化鎂80%~85%以上的鎂磚,對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性,耐火度比粘土磚和硅磚高。主要用于平爐、吹氧轉爐、電爐、有色金屬冶煉設備以及一些高溫設備上。

  在特殊場合應用的耐火材料有高溫氧化物材料,如氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯等,難熔化合物材料,如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等;高溫復合材料,主要有金屬陶瓷、高溫無機涂層和纖維增強陶瓷等。

  一、按耐火原料的化學組分分類按化學特性,耐火原料又可分為酸性耐火原料,如硅石、鋯英石等;中性耐火原料,如剛玉、鋁礬土(偏酸性)、莫來石(偏酸性)、硌鐵礦(偏堿性)、石墨等;堿性耐火原料,如鎂砂、白云石砂、鎂鈣砂等。

  二、按生產工藝作用分類按照其在耐火材料生產工藝中作用,耐火原料又可分為主要原料與輔助原料。

  主要原料是構成耐火材料的主體。輔助原料又可分為結合劑和添加劑。結合劑的作用是使耐火材料坯體在生產與使用過程中具有足夠的強度。常用的有亞硫酸紙漿廢液、瀝青、酚醛樹脂、鋁酸鹽水泥、水玻璃、磷酸及磷酸鹽、硫酸鹽等,有些主要原料本身又具有結合劑的作用,如結合粘土;添加劑的作用是改善耐火材料生產或施工工藝,或強化耐火材料的某些性能,如穩定劑、減水劑、抑制劑、增塑劑、發泡劑分散劑、膨脹劑、抗氧化劑等。

  三、按酸堿性質分類按酸堿性,耐火原料可主要分為下面五大類。

  (1) 酸性原料主要是硅質原料,例如:石英、鱗石英、方石英、玉髓、燧石、蛋白石、石英巖、白硅砂、硅藻土,這些硅質原料中所含氧化硅(SiO2)至少在90%以上,純凈原料有氧化硅高達99%以上的。硅質原料在高溫化學動態中是酸性性質,當有金屬氧化物存在時,或與其接觸時即起化學作用,并結合而成易熔的硅酸鹽類。因此,如果硅質原料中含有少量的金屬氧化物時,嚴重影響它的抗熱性。

  (2) 半酸性原料主要是耐火黏土。在過去的分類中,黏土都是被列在酸性原料中,實際是不合適的。耐火原料的酸性依據是以游離的硅石(SiO2)為主體,因為按照耐火黏土與硅質原料的化學成分而言,耐火黏土中的游離硅石比硅質原料要少得多。因為在一般耐火黏土中有30%~45%的氧化鋁,而氧化鋁很少是游離狀態的,必然與硅石結合而成高嶺石(Al2O3·2SiO2·2H2O),即使有多余的硅石量也很少、作用也很小。因此,耐火黏土的酸性性質較硅質原料要弱得多。有些人認為,耐火黏土在高溫下分解成為游離硅酸、游離氧化鋁,但并不是就此不變,在繼續受熱時游離硅酸與游離氧化鋁將結合成為英萊石(3Al2O3·2SiO2)。英萊石對堿性礦渣有很好的抗酸性能,同時由于耐火黏土中氧化鋁成分的增高,其酸性物質漸漸變弱,當氧化鋁達到50%,便出現堿性或中性性質,特別是在超高壓力下制成的黏土磚,密度大、細致緊密、氣孔率低,在高溫條件下對堿性礦渣的抵抗性比硅石要強。就其侵蝕性而言,英萊石也是非常遲緩的,因此我們認為把耐火黏土列為半酸性原料是比較合適的。耐火黏土是耐火材料工業中最基本而且用途最廣的一種原料。

  (3) 堿性耐火材料原料主要是菱鎂礦(菱苦土)、白云石、石灰、橄欖石、蛇紋石、高鋁氧原料(有時呈中性),這些原料對堿性礦渣有較強的抵抗力,多用于砌筑堿性熔爐,但是特別容易和酸性礦渣起化學反應而成為鹽類。

  (4) 中性原料中性原料主要是鉻鐵礦、石墨、碳化硅(人工制造),在任何溫度條件下都不與酸性或堿性礦渣發生化學反應。目前在自然界中有兩種這樣的原料,即鉻鐵礦和石墨。石墨除天然的以外,還有人造石墨,這些中性原料,對礦渣均有顯著的抵抗性能,最適合用作堿性耐火材料和酸性耐火材料的隔層。

  (5) 特殊耐火材料主要是氧化鋯、氧化鈦、氧化鈹、氧化鈰、氧化釷、氧化釔等。這些原料對各種礦渣均有不同程度的抵抗性能,但是由于原料來源不多,不能在耐火材料工業中大量的應用,只能在特殊情況下采用,因此通稱為特殊耐火原料。

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