[科普中國]-硅酸鋁質(zhì)耐火材料

簡(jiǎn)介

按其中氧化鋁含量的多少可分為半硅質(zhì)（氧化鋁為15%-30%）,粘土質(zhì)（氧 化鋁為30%一48%）,高鋁質(zhì)（氧化鋁大于48%）三類。屬于多組分的混合晶體，生成熔體時(shí)通常存在著熔融和溶解兩個(gè)比較復(fù)雜的過程。一般以葉蠟石、硅質(zhì)土、耐火粘土和高鋁礬土為主要原料，其產(chǎn)品品種多，使用范圍廣，在耐火材料生產(chǎn)中占有較大的比重。除制成燒成或不燒磚外，還可以制 熔鑄制品，以及不同檔次的搗打料、澆灌料、耐火涂料等多種不定形耐火材料1。

性質(zhì)該材料具有重量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱率低、熱容量小、機(jī)械振動(dòng)性好、加熱、保溫性能好、膨脹性好，通過特殊處理制成的鋁硅酸鹽纖維板、硅酸鋁纖維氈、硅酸鋁纖維氈、硅酸鋁纖維氈制品。模型密封材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、重量輕、使用壽命長、抗拉強(qiáng)度高、彈性好、無毒性等特點(diǎn)，是新型材料代替石棉，廣泛應(yīng)用于冶金、電力、機(jī)械、化工等行業(yè)的保溫隔熱2。

國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀我國硅酸鋁質(zhì)耐火材料，有著悠久歷史，大約在公元前1700多年的青銅時(shí)期，就已經(jīng)使用硅酸鋁質(zhì)耐火原料。后來，由于煉鐵和硅酸鹽工業(yè)的興起，硅酸鋁質(zhì)耐火材料又從利用天然原料到相繼出現(xiàn)了匣缽、坩堝、砌塊等制品。十九世紀(jì)后，硅酸鋁質(zhì)耐火材料成為各類爐襯的主要材料。

二十世紀(jì)六十年代以來，硅酸鋁質(zhì)耐火材料向著質(zhì)量高純化、品種不定形化發(fā)展。建國以來，我國制造了不少具有世界先進(jìn)水平的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，取得了豐富的生產(chǎn)硅酸鋁質(zhì)耐火材料的經(jīng)驗(yàn)。耐火材料主要還是硅酸鋁質(zhì)，占耐火材料總量的85%以上，高鋁質(zhì)和不定形耐火材料也逐年上升。八十年代以來，鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，到現(xiàn)在為止，盛鋼桶桶襯仍使用硅酸鋁質(zhì)。鞍鋼所用的盛鋼桶內(nèi)襯A120，大于45%，上鋼也用粘土或高鋁磚，美國、日本也有不少用高鋁磚的，使用達(dá)100次以上。我國一級(jí)燒高鋁磚壽命達(dá)31--47次。焦?fàn)t用粘土磚與日本同類產(chǎn)品質(zhì)量相似。我國自制的莫來石板，耐侵蝕、無裂紋、光滑度，不粘渣等，均優(yōu)于不燒高鋁磚，我國研制的魚雷包用的莫來石磚超過了日本標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。莫來石質(zhì)塞頭磚，鋼廠使用穩(wěn)定在四小時(shí)以上。

近20年來，硅酸鹽鋁質(zhì)耐火材料向優(yōu)質(zhì)高效方向邁進(jìn)，粘土硅在逐年下降，高鋁制品逐年上升，普通粘土磚總量雖有下降趨勢(shì)，但在工業(yè)窯爐及熱工設(shè)備上的作用并沒降低，鋼鐵工業(yè)的爐缸、爐腰、爐腹等部，大量用莫來石質(zhì)或剛玉磚，高爐的主要部位爐身上一般也仍用普通粘土磚或高鋁磚，日本高爐用粘土磚的三氧化二鋁由38%提到42%以上，顯氣孔率由20%降至10%，耐壓強(qiáng)度提高一倍以上。蘇聯(lián)用的高密度粘±磚或高嶺土磚，壽命達(dá)lO年以上，美國中型高爐壁也仍用致密粘土或高鋁磚。西德、法國、美國、意大利等國高爐，也都使用粘土磚和高鋁磚。

各國熱風(fēng)爐絕大部分用硅酸鋁質(zhì)耐火材料，風(fēng)溫低于900℃時(shí)，一般用普通粘土磚：風(fēng)溫在900-1100℃時(shí)，爐襯和格子磚用高鋁磚，莫來石磚或硅線石磚；風(fēng)溫高1100℃時(shí)，一般用高鋁磚，莫來石磚作爐襯和格子磚。美國熱風(fēng)爐有半硅質(zhì)、粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)及莫來石質(zhì)磚等。

為適應(yīng)近代技術(shù)的發(fā)展，耐火材料也面臨著一個(gè)新發(fā)展，這就要求耐火材料應(yīng)用化學(xué)純度高的原料，使制品具有致密度大，耐溫度急變，在真空和各種氣氛中能耐熔融金屬的侵蝕作用，以及高溫機(jī)械強(qiáng)度高，能抵抗蠕變等性能。

目前發(fā)展的特殊耐火材料分為兩大系列。第一是純氧化物特殊耐火材料，以氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯、氧化鈾、氧化鎂、氧化鈰、氧化釷等為原料制成，第二系列為人工合成的碳化物，硅化物，硼化物，氮化物這類難熔化合物以及金屬一陶瓷復(fù)合材料制成的特殊耐火材料。純氧化物制品不但具有很高的耐火度和致密度，而且還有很高的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，良好的熱震穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，他們?cè)絹碓綇V泛地被用來砌筑各種高溫爐、火箭燃燒室、噴咀內(nèi)襯、制成冶煉各種重要貴金屬和合金的坩堝，并用以作為原子反應(yīng)堆材料。

但是，這類材料的優(yōu)異性能，往往因熔煉物料的類型、使用周圍的氣氛、與之接觸的其它材料等這些因素而產(chǎn)生變化，所以要根據(jù)實(shí)際情況分別選擇。碳化物、硅化物、硼化物、氮化物等化合物都具有難熔的特點(diǎn)，它們的熔點(diǎn)從2000℃幾乎達(dá)到4000℃，這些化合物具有金屬的特性，如金屬光澤、隨溫度升高導(dǎo)電性減少、相當(dāng)高的導(dǎo)電性等。此外，這些化合物帶有很高的硬度，能用于切削技術(shù)，有很高的高溫機(jī)械強(qiáng)度和高的熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性。因此，這類特殊耐火材料大部分被運(yùn)用在渦輪機(jī)、噴氣技術(shù)和原子能設(shè)備之中2。

未來發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展優(yōu)質(zhì)硅酸鋁耐火材料的基礎(chǔ)是優(yōu)質(zhì)硅酸鋁耐火原料，近年來國外對(duì)硅酸鋁耐火材料質(zhì)量要求精益求精，在選礦、提純、合成工藝、煅燒技術(shù)等方面做了大量的研究，原料純度提高，燒結(jié)程度改善，成分結(jié)構(gòu)均勻，性能穩(wěn)定，為發(fā)展優(yōu)質(zhì)高純高效制品提供了基礎(chǔ)。研究發(fā)展新型輕質(zhì)硅酸鋁耐火材料和不定形硅酸鋁耐火材料是今后硅酸鋁耐火材料發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。近幾十年來，不定形硅酸鋁耐火材料的迅速發(fā)展及其使用范圍的擴(kuò)大是硅酸鋁耐火材料生產(chǎn)上的一大突破。這種材料的特點(diǎn)是生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化，燒成工序簡(jiǎn)單，節(jié)省能源，便于施工，能適應(yīng)各種復(fù)雜的爐體結(jié)構(gòu)要求。

當(dāng)前我國應(yīng)進(jìn)一步鞏固和發(fā)展多品種不定形耐火材料，擴(kuò)大使用范圍和提高使用效果。今后發(fā)展的趨勢(shì)是：天然硅酸鋁耐火原料使用比例逐漸下降，而經(jīng)過選礦與合成的高純度、高密度和質(zhì)量均勻的硅酸鋁耐火原料比例不斷提高。硅酸鋁耐火材料的綜合消耗(耐火材料用量與瓷產(chǎn)量的比值)的不斷降低，是硅酸鋁耐火材料發(fā)展的重要標(biāo)志。近年來，國外硅酸鋁耐火材料發(fā)展的一個(gè)重要特征就是綜合消耗大幅度下降。當(dāng)前硅酸鋁耐火材料品種發(fā)展的趨向是一部分傳統(tǒng)的燒成磚向高溫、超高溫的直接結(jié)合磚和再結(jié)合磚發(fā)展，另一部分正在逐步為完全不需燒成、能耗小的不定形硅酸鋁耐火材料和硅酸鋁耐火纖維材料所代替。為使直接結(jié)合和再結(jié)合磚向更高純度、更高密度和更好的組織結(jié)構(gòu)發(fā)展，在生產(chǎn)上采取了選礦提純、二次煅燒、高壓成球、人工合成以及高壓成形和高溫?zé)傻刃鹿に嚒２欢ㄐ凸杷徜X耐火材料除了已有材質(zhì)、品種外，目前正向高溫領(lǐng)域發(fā)展。硅酸鋁耐火纖維也在向擴(kuò)大品種并向高溫使用領(lǐng)域(在1600℃以上工業(yè)窯爐使用)的方向發(fā)展3。