耐火砖

    耐火材料一般分为两种,即不定型耐火材料和定型耐火材料。不定型耐火材料也叫浇注料,是由多种骨料或集料和一种或多种粘和剂组成的混合粉状颗料,使用时必须和一种或多种液体配合搅拌均匀,具有较强的流动性。定型耐火材料一般指耐火砖,其形状有标准规则,也可以根据需要筑切时临时加工。

    1简介

    耐火砖简称火砖。用耐火黏土或其他耐火原料烧制成的耐火材

    料。淡黄色或带褐色。主要用于砌冶炼炉,能耐1,580℃—1,770℃的高温。也叫火砖。具有一定形状和尺寸的耐火材料。按制备工艺方法来划分可分为烧成砖、不烧砖、电熔砖(熔铸砖)、耐火隔热砖;按形状和尺寸可分为标准型砖、普通砖、特异型砖等。可用作建筑窑炉和各种热工设备的高温建筑材料和结构材料,并在高温下能经受各种物理化学变化和机械作用。例如耐火粘土砖、高砖、砖、砖等。

    2特点

    自身属性

    1、化学组成:主要成分决定该耐火材料的品质和特点

    2、体积密度:单位体积重量,密度大,说明致密性好,强度就可能高,但导热系数可能就大

    3、显气孔率:没做具体要求,但作为生产厂家必须严格控制显气孔。

    4、荷重软化温度:也叫高温荷重开始变形温度,此参数很重要,标志材料耐高温的抵抗能力

    5、抗热震性能:抗温度急剧变化而不被破坏的能力

    6、抗压强度:承受(常温)的最大压力能力

    7、抗折强度:承受剪切压力的能力

    8、线性变化率:也叫重烧线变化或叫残余线变化,指每次在同等温度变化中体积发生膨胀收缩的变化,如果每次膨胀收缩一样,我们定义这样的线性变化率为0

    理化性质

    1、耐磨性:

    2、热导率:单位温度梯度条件下,通过材料单位面积上热流速率,跟气孔率有关

    3、耐冲击性:不用解释了吧,耐冲击性好,使用寿命就长

    4、抗渣性:在高温下抵抗熔渣侵蚀作用而不被破坏的能力

    3分类

    根据耐火砖成分的不同,其可以分为五大类,即:硅铝系耐火砖、碱性系列耐火砖、含耐火砖、含耐火砖、隔热耐火砖。任何炉子并不是只用一种耐火砖而砌筑而成的,需要个不同耐火砖的相互搭配使用。下面对这五大类耐火砖的成分一一作详细介绍。

    1、硅铝系耐火砖,据悉,其是以AL2O3—SiO2二元系统相图为基本理论,主要包括以下几种。

    (一)硅砖,是指含SiO293%以上的耐火砖,是酸性耐火砖的主要品种。它主要用于砌筑焦炉,也用于各种玻璃、陶瓷、炭素煅烧炉、耐火砖的热工窑炉的拱顶和其他承重部位,在热风炉的高温承重部位也用,但是不宜在600℃以下且温度波动大的热工设备中使用。

    (二)粘土砖,粘土砖主要由莫来石(25%~50%)、玻璃相(25%~60%)和方石英及石英(最高可达30%)所组成。通常以硬质粘土为原料,预先煅烧成熟料,然后配以软质粘土,以半干法或可塑法成型,温度在1300~1400 C烧成粘土砖制品。也可以加少量的水玻璃、水泥等结合剂制成不烧制品和不定形材料。它是高炉、热风炉、加热炉、动力锅炉、石灰窑、回转窑、陶瓷和耐火砖烧成窑中常用的耐火砖。

    (三)高铝耐火砖,高铝耐火砖的矿物组成为刚玉、莫来石和玻璃相,其含量取决于AL2O3/ SiO2比以及杂质的种类和数量,可按AL2O3含量进行耐火砖的等级划分。原料为高铝矾土和硅线石类天然矿石,也有掺加电熔刚玉、烧结化铝、合成莫来石的,以及用氧化铝与粘土按不同比例煅烧的熟料。它多用烧结法生产。但产品还有熔铸砖、熔粒砖、不烧砖和不定形耐火砖。高铝耐火砖广泛用于钢工业、有色金属工业和其他工业。

    (四)刚玉耐火砖,刚玉砖是指AL2O3含量不小于90%,以刚玉为主要物相的的一种耐火砖,可分为烧结型刚玉砖和电熔型刚玉砖。

    2、碱性系列耐火砖。碱性耐火砖是指以碱性氧化物如Mg0和CaO为主要成分的耐火制品,主要品种有以下几种。

    (一)镁质耐火砖,是指以镁石作原料,以方镁石为主晶相,MgO含量在80%~85%以上的耐火砖。其产品分为冶金镁砂和镁质制品两大类。依化学组成及用途的不同,有马丁砂、普通冶金镁砂、普通镁砖、镁硅砖、镁铝砖、镁砖、镁碳砖及其他品种等。镁质耐火砖是碱性耐火砖中最主要的制品,耐火度高,对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性,是一种重要的高级耐火砖。主要用于平炉、氧气转炉、电炉及有色金属熔炼等。

    (二)白云石砖,是以白云石作为主要原料生产的一种碱性耐火砖。广泛用于碱性转炉,还可用作某些炉外精炼包的内衬。

    (三)镁橄榄石耐火砖,是以镁橄榄石2MgO·SiO2作为主要组成的一种耐火砖。主要用于平炉蓄热室格子砖、铸锭用砖、加热炉炉底以及在炼炉中也有较好的使用效果。

    3、含碳耐火砖。含碳耐火砖是指由碳或碳的化合物制成的,以含不同形态的碳为主要成分的耐火砖制品,主要分为以下几种。

    (一)碳砖,是以碳质材料为主要原料,加入的适量结合剂制成的耐高温中性耐火砖制品。碳砖被广泛应用于砌筑高炉炉底、炉缸、炉腹和炉身下部。可提高高炉的连续作业时间,延长使用寿命。此外,碳砖还广泛用于电化学工业、化学工业、石油化学工业、电镀行业、铁合金工业炉(或设备的内衬) 、酸液、碱液槽衬和管路,以及熔炼有色金属(如、铝、等)的炉衬

    (二)石墨质耐火制品,是以天然石墨为原料,以粘土作结合剂制得的耐火材料。这类制品有石墨粘土坩埚、蒸馏罐、铸钢用塞头砖、水口砖及盛钢桶衬砖等。其中生产最多、应用最广的是炼钢和熔炼有色金属的石墨粘土坩埚。

    (三)碳化硅耐火制品,是以碳化硅(SiC)为原料生产的高级耐火材料。其耐磨性和耐腐蚀性好,高温强度大,热导率高,线膨胀系数小,抗热震性好。在钢铁冶炼方面,它可用于盛钢桶内衬、水口、塞头、高炉炉底和炉腹、出铁槽、转炉和电炉出钢口、加热炉无水冷滑轨等方面。在有色金属(、铜、铝等)冶炼中,大量用于蒸馏器、精馏塔托盘、电解槽侧墙、熔融金属管道、吸送泵和熔炼金属坩埚等。在硅酸盐工业中,它大量用作各种窑炉的棚板和隔焰材料,如马弗炉内衬和匣钵等。在化学工业中,多用于油气发生器、有机废料煅烧炉、石油气化器和脱硫炉等方面。此外,在空间技术上可用作火箭喷管和高温燃气透平叶片等。

    4、含锆耐火砖[1] 。属于一种属酸性材料,是以天然锆英石砂(ZrSiO2)为原料制得的制品。锆质耐火砖不同于硅铝系耐火砖和含碳系列耐火砖,其抗渣性好,热膨胀率较小,热导率随温度的升高而降低,荷重软化温度高,耐磨强度大,抗热震性好,现已成为各个工业领域中的重要材料。随着冶金工业中连铸和真空脱气技术的发展,锆英石耐火砖的应用越来越广泛,主要有以下几种分类。

    (一)锆英石砖,在炼钢过程中,采用出钢脱气法,而锆英石质耐火材料对熔渣,钢水的耐侵蚀性和抗热震性良好,且适于在减压下工作,它在冶金工业中广泛用于砌筑脱气用盛钢桶内衬,也用作不锈钢盛钢桶内衬,连铸盛钢桶内衬、铸口砖、塞头砖、袖砖以及高温感应电炉炉衬等。锆英石质耐火砖对酸性渣和玻璃具有高的抵抗性,因而还广泛用于熔炼最活泼玻璃的玻璃窑的严重损坏部位。锆英石质耐火材料还具有不为金属铝、铝的氧化物及其熔渣侵透的性质,因而在炼铝的炉底上也获得了良好的效果。

    (二)AZS电熔砖,也称为电熔锆刚玉砖,随着玻璃工业的发展,AZS电熔砖已成为玻璃窑炉的关键部位必须的耐火材料。它抵抗玻璃液的侵蚀性较强。

    (三)AZS再烧结电熔砖,主要用于砌筑玻璃池窑的底、墙和蓄热格子砖等热工设备。

    (四)锆莫来石电熔砖,该种砖的特点是晶体结构致密,荷重软化温度高,抗热震性好,常温及高温下机械强度高,耐磨性好,热导率好,且有优良的抵抗熔渣侵蚀的能力。该种制品的用途较广,用于冶金加热炉、均热炉、电石炉的出料口,玻璃熔窑窑壁等,使用效果很好。

    5、隔热耐火砖。是指气孔率高、体积密度低、热导率低的耐火材料。隔热耐火材料又称轻质耐火材料。它包括以下几种分类。

    (一)高铝隔热轻质耐火砖。是以铝矾土为主要AL2O3含量不小于48%的隔热轻质耐火砖。其生产工艺采用泡沫法,也可采用烧尽加入物法。高铝质隔热轻质耐火砖可用于砌筑隔热层和无强烈高温熔融物料侵蚀及冲刷作用的部位。直接与火焰接触时,一般的高铝质隔热耐火砖的表面接触温度不得高于1350℃。莫来石质隔热耐火砖可直接接触火焰,具有耐高温,强度高,节能效果显着等特点。适用于热解炉、热风炉、陶瓷辊道窑、电瓷抽屉窑及各种电阻炉的内衬。

    (二)粘土质隔热轻质耐火砖,是以耐火粘土为主要原料制成的AL2O3含量为30%~48%的隔热耐火砖。其生产工艺采用烧尽加人物法和泡沫法。以耐火粘土、漂珠、耐火粘土熟料作原料,掺加结合剂和锯木屑,经配料、混合、成型、干燥、烧成,制得体积密度为0. 3~1. 5g/cm3的产品。粘土质隔热砖的产量占隔热耐火砖总产量的一半以上。

    中国标准(GB 3994—1983)将粘土质隔热砖按体积密度分为NG—1.5、NG—1.3a、NG—1.3b、NG—1.0、NG—0.9、NG—0.8、NG—0.7、NG—0.6、NG—0.5、NG—0.4 10种牌号。

    (三)硅藻土隔热轻质耐火砖,是以硅藻土为主要原料制成的隔热耐火制品。它主要用在900℃以下的隔热层。

    中国标准(GB 3996—1983)将硅藻土隔热制品按体积密度分为GG—0.7a、GG—0. 7b、GG—0.6、GG—0. 5a、GG—0.5b和GG—0.4六种牌号。

    (四)漂珠砖,是以漂珠为主要原料制成的隔热耐火制品。漂珠是从热电厂粉煤灰中浮选出的硅酸铝质玻璃空心珠体。它体轻、壁薄、中空、表面光滑、耐高温、隔热性能好。利用漂珠这些优良特性,可制造出保温性能优异的轻质隔热耐火材料。生产漂珠砖可采用半干法成型。

    4案例

    1、高铝砖:Al2O3含量大于75以上,耐火度高于黏土砖,抗酸碱侵蚀性好,适宜水泥窑烧成带等处,使用

    耐火砖

    寿命长但价格高

    2、白云石砖:挂窑皮性能好,抗侵蚀性好,但有砖中多少有f-CaO,易水化,难于运输和保管,生产中用的较少

    3、镁砖:挂窑皮好,多用于烧成带,缺点是抗热震性能差,加上正六价Cr有剧毒,国际上生产和使用镁铬砖的国家逐渐减少,现用此砖的生产单位尽早找到替代品

    4、尖晶石砖:多用于过度带,抗震性能好,抗还原性好,但耐火度稍微差点

    5、抗剥落砖:此砖中含有少量的ZrO,在升温过程中发生马氏相变形成细裂纹,具有较强抗碱性,抗剥落性和抗渣性较好

    6、酸盐砖:耐火度低,但强度高热震性好,多用于蓖冷机、窑头罩等使用

    7、碳化硅砖:耐高温(1800度左右,荷重软化温度在1620-1640),热膨胀系数小,耐急冷急热耐磨性都好适宜冷却带和窑口

    8、硅莫砖:热震性好,强度高,耐磨性好,适宜过度带。

    耐火土

    民间点炉子。套炉膛用得一种土。

    粘土质耐火土

    1、特性及用途:粘土质耐火砖属弱酸性耐火材料,其热稳定性好,适应于热风炉,各种锅炉内衬,及烟道、烟室等。

    2、产品规格形式:标准形、普异形、异形及特异形砖类。粘土质耐火砖理化性能。

    耐火黏土

    耐火黏土产品有多种形式,其基本质量要求是氧化铝高于38%(通常为42-47%)以及低铁低碱金属含量。这些产品可不煅烧或经煅烧,并包括高性能煅烧产品如莫来石。

    耐火黏土(refractory clays)用于定形(shaped)和不定形(整体成形——monolithic)耐火材料的生产。砖(brick)产品包括耐火黏土砖(fire clay bricks),如高炉阻隔砖(checker bricks)和高氧化铝砖(high alumina bricks),如用于水平感应电炉和垂直感应电炉衬里的支撑砖。在无定形料部门,有多种产品消费,如耐火黏土、超负荷用塑性料、高氧化铝塑料、耐火黏土和高氧化铝浇注料等。

    耐火黏土主要由水合硅酸铝组成,其分子式为Al2O3·2SiO2·2H2O(即39.5%氧化铝、46.5%二氧化硅和14%水)。在这组矿物中,高岭土存象最为丰富。

    耐火黏土、燧石黏土(flint clay,或称硬质黏土hard clay)、球黏土(ball clay,或称可塑性黏土plastic clay)和高岭土(kaolins)。不过,其普遍的特点是,这些矿产都含有高岭石,而其组成为20-45%Al2O3、〈3%Fe2O3和〈3%Na2+K2O。

    当高岭石在温度逐渐升高条件下煅烧时,其矿物相不断发生变化,在约550℃时生成亚高岭土(metakaolin,Al2Si2O7)、在约1000℃时生成尖晶石(spinel,(Al2O3)2(SiO2)3+SiO2),在约1100℃时生成似莫来石(pseudo-mullite,[Al2O3·SiO2]2)。另一种“耐火黏土”产品是莫来石(3Al2O3·2SiO2),它能够于1200-1500℃条件下煅烧高氧化铝高岭土和矾土质(bauxitic)高岭土制得。在这些温度下,黏土的主要矿物相(main mineral phases)转化为莫来石、方英石(cristobalite)和一种玻璃相(glassy phase)。

    ⒈耐火黏土

    这是一种富含在水合硅酸铝中的硅质黏土,具有高温下不变形、不碎裂、不软化及不膏体化的能力。低铁、钙及碱金属,成分上接近高岭土,煅烧后较好的品位至少含35%Al2O3(《采矿术语词典》,美国地质协会编)。

    ⒉燧石黏土

    一种平滑的、像燧石一样的耐火黏土岩,主要由高岭土组成,解理呈贝壳状断面,在水中抗熟化。在水中长时间碾磨会产生可塑性(《采矿术语词典》,美国地质协会)。

    ⒊熟耐火土

    它是用于耐火砖生产的混合料中的一部分,是由煅烧黏土(calcined clay)或再次碾磨砖(reground bricks)构成的,也称(黏土)熟料,英文名称chamotte(《采矿术语词典》,美国地质协会)。

    ⒋水铝石黏土

    这是一种主要由(硬)水铝石(或称—水硬铝石<;水矾土>diaspore)组成,由耐火黏土粘结的材料。水铝石黏土最纯者在煅烧后往往含Al2O3 70-80%。

    ⒌中国黏土

    ●软质黏土(包括球黏土)、耐火黏土和高岭土:<45%Al2O3

    ●燧石黏土(国内俗称“焦宝石”)、高岭土和高氧化铝矿石:>45%Al2O3

    ●高氧化铝黏土熟料(也称“熟矾土”):75-90%Al2O3

    ⒍耐火泥/耐火黏土灰浆

    与煅烧耐火黏土或破碎耐火黏土砖,或二者兼而有之的生耐火黏土(raw fire clay),其所有成分均碾磨到适当的细度(《采矿术语词典》,美国地质协会)。

    5制作工艺

    耐火原料的公益性质主要取决于原料的矿务组成与颗粒组成,与耐火材料的制造工艺密切相关。这类性质主要有粒度与颗粒尺寸分布,细度与比表面积,可塑性与结合性,干燥收缩与烧成收缩,烧结温度与烧结范围等。

    一、粒度与颗粒尺寸分布

    粒度是指耐火原料的颗粒大小。颗粒尺寸分布(Particle Size Distribution,简写PSD)是指连续的、不同粒度级别(以mm,μm或筛孔网目表示)范围内,各粒度级别的颗粒所占的重量百分比。粘土类原料的颗粒尺寸分布对其可塑性、干燥性能、烧成性能都有很大影响。原料的颗粒尺寸分布对耐火制品的体积密度、气孔率、机械强度及热震稳定性等的影响也十分明显。要想得到质量稳定的耐火材料,除对原料的化学矿物组成有所要求外,对其颗粒尺寸分布也应有明确要求。

    颗粒尺寸分布的测定通常用筛分分析与颗粒分析仪。筛分分析有干法筛分与水法筛分。由于受筛网孔径的限制,筛分分析适合于做较粗颗粒(>10μm)的颗粒分布测定。颗粒分析仪通常用于黏土及微分等级细颗粒的尺寸分布测定。

    二、细度与比表面积

    细度表示粉状原料的粗细程度,常以标准筛的筛余百分数或比表面积表示,也可用颗粒大小的百分比组成或单位重量物料的平均直径来表示。细度与粒度没有严格的区别,只是前者习惯于细粉状原料粗细程度的表示。

    比表面积是指单位质量的原料所具有的表面积,单位为m/g。比表面积分外表面积和内表面积。理想的非孔性原料只有外表面积;但带有气孔的原料除外表面积之外尚有内表面积。比表面积的测定方法较多,常用的有气体吸附法、有机分子吸附法和透气法等。

    三、可塑性与结合性

    物质受外力作用后发生变形而不产生裂纹,在外力解除后,变形的形态仍然保留而不再恢复原状的性能称为可塑性。可塑性是结合粘土的一个重要的成型工艺指标。可塑性与固体颗粒吸附水的性能、比表面积和水量有关,如黏土加水后,由于在大量黏土颗粒表面吸附一层水膜,使颗粒间既便于在外力作用下滑移,又具有一定的结合力,因而具有较高的可塑性。

    可塑性的测量有可塑性指数法与可塑性指标法,也有用可塑水分来衡量的。可塑性指数是指泥料呈可塑状态时,含水量的变化范围,其值等于液性限度(液限)和塑性限度(塑限)之差。液限是泥料呈可塑状态时的上限含水量,当含水量超过液限时,泥料呈半固体状态。液限与塑限之差,以百分数表示即为可塑性指数。

    可塑性指标代表泥料的成型性能。方法是将泥团加工成直径为45mm的球体,置入可塑仪中,加重力压缩至开始出现裂纹为止。可塑性指标是泥球在外力作用下的变形程度,即应力与应变之乘积,计算公式如下:

    可塑性指标 S=(d-b)G

    式中:d——泥球原始直径,cm;

    b——受重力压缩后泥球的高度,cm;

    G——泥球受压而出现第一条裂纹时的载荷,kg

    粘土的可塑性按可塑性指数或可塑性指标可以分为四级

    影响粘土可塑性的因素很多。一种是粘土矿物的生成年代、矿物种类、结晶形态和结晶度。由有序度高的高岭石组成的高岭土,可塑性低;由有序度低的高岭石组成的高岭土则与之相反。另外粘土的粒度、阳离子交换性、可交换性阳离子种类均影响其可塑性。

    在实际生产中,增加原料可塑性的主要方法有:

    ① 选料,除去其中的非可塑性杂质,如石英等;

    ② 将选料细磨,增加其分散度;

    ③ 加入适量可塑性物质结合剂,如纸浆废液、糊精等;

    ④ 对泥料进行真空挤出处理;

    ⑤ 延长困料时间。

    原料的结合性是指粘土类原料与非塑性原料结合,形成可塑性泥团并具有一定的干燥强度能力。结合粘土的结合性通常以能够形成可塑性泥团时所加入标准石英砂(颗粒组成0.25~0.15mm占70%,0.15~0.09mm占30%)的数量和干燥后的抗折强度来反映。一般可塑性强的粘土,其结合能力也强(也有例外,如南宁球粘土很纯而粒度细,可塑性很好。但因表面能大吸附水多,干燥时脱水收缩大,产成的裂隙多致使干燥强度差。其可塑性指数可达36~47,而抗折强度仅为0.48Mpa。

    6发展前景

    随着我国水泥工业的不断发展,对耐火材料也提出了更高的要求。长期依赖于粗放型经济增长方式的耐火材料工业,应加大调整力度,适应新形势的需要。

    [2] 我国水泥工业耐火材料行业存在行业集中度低、恶性竞争、原料资源短缺等问题目,只有加快水泥窑用耐火材料生产企业的重组整合,才能适应水泥工业的快速发展。同时,企业还应该加强与科研院所及用户单位的合作,加大产学研合作力度,在绿色耐火材料的技术上实现新突破,力争在短时间内,在一些关键性的绿色耐火材料技术和推广应用上取得实质性突破。

    发展绿色耐火材料战略是关系到我国当前和今后耐火材料行业可持续发展的重要发展战略。

    而即将出台的《耐火原材料行业准入标准》,必将推动今后几年淘汰落后生产工序装备、培育龙头企业、促进产业向规模化集约化方向发展。

    当然,发展绿色耐材的同时,产品质量也必须保证。耐火材料寿命不高的原因主要有厂家生产设备落后,采用摩擦压砖机成型,其配料、成型、烧成、检验工序中自动化水平较低,产品质量波动大,尺寸偏差大;砌筑方法不当。在使用中,为了防止耐火材料出现掉砖现象,过量地使用钢板锁紧,导致升温中耐火材料产生很大膨胀,过度受压使耐火砖损害;精细化管理程度低等。

    为解决耐火材料寿命短的问题,一些企业开始开发节能产品,如用硅莫砖(高铝碳化硅材料)代替热导率较高的镁铝尖晶石砖,以降低散热损失、降低吨熟料热耗,节约能源。并用镁铁尖晶石砖代替直接镁铬砖,取代镁铬砖在回转窑上的使用,有效避免铬公害。

    事实上,水泥企业应针对水泥窑工艺条件及生熟料、燃料的要求,合理选用耐火材料,例如选用强度高、热膨胀率小、抗热震性好的高铝砖,减少升温时对耐火材料的损坏。同时要根据实际使用情况,优化设计方案,提高精细化管理水平,提高水泥窑的运转率,降低耐火材料吨熟料消耗。

    中国建材联合会组织举行的《水泥回转窑用耐火材料使用规程》审查会上,与会专家经过审议并一致通过了标准送审稿。标志着国内、外水泥窑用耐火材料第一部使用技术规程标准顺利完成,将对推动水泥窑用耐火材料的标准化、促进行业发展和转型升级具有重要意义。

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