不定型耐火材料綜述(不定形耐火材料的應(yīng)用及發(fā)展)綜述

1、不定形耐火材料的應(yīng)用及發(fā)展摘要： 耐火材料的選取因素， 除價格之外， 還需考試以下因素： 較長的使用壽命；較好的保溫效果； 較簡易的砌筑方式和較快的砌筑速度； 維修速度快。 耐火噴涂料的使用經(jīng)驗證明其具有以上優(yōu)點， 使用企業(yè)節(jié)能降耗、 挖潛增效明顯。 本文論述新型不定形耐火材料發(fā)展、開發(fā)、應(yīng)用及顯著的社會經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞： 耐火噴涂料；消耗；故障率；選擇維護(hù)一、 引言不定形耐火材料又稱散裝耐火材料，由散裝顆粒及細(xì)粉組成，使用前無需燒成也無需成形。 它可以根據(jù)需要， 靈活地改變材料的組成性質(zhì)和工藝， 如耐火材料的成份和粒度;結(jié)合劑的種類及添加量;外加劑（如增塑劑、促硬劑、緩硬劑、減水劑等）的選擇

2、和調(diào)節(jié)和施工方法（澆注、搗打、噴涂、投射、可塑施工等） 的多樣化， 使耐火材料的磚體形狀向大形化、 異形化和整體化結(jié)構(gòu)發(fā)展了一大步， 被稱為第二代耐火材料。不定形耐火材料是高溫窯爐工業(yè)耐火內(nèi)襯技術(shù)應(yīng)用中的重要基礎(chǔ)材料之一。耐火澆注料是不定型耐火材料中的重要一種， 它的重要特點是供貨周期短， 不受設(shè)備形狀限制， 不經(jīng)預(yù)先煅燒、 松散狀混合物配以相適應(yīng)的錨固件現(xiàn)場成型烘烤后即可直接使用的耐火材料。 用耐火澆注料可做成無接縫的襯體， 亦稱整體耐火材料。高鋁質(zhì)澆注料、高鋁低水泥澆注料、鋼纖維耐磨澆注料、剛玉質(zhì)澆注料等不定形耐火材料在水泥窯的內(nèi)襯設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用， 多年來運行于不同部位的熱工設(shè)備的

3、耐火層。 近幾年， 不定形耐火材料不斷發(fā)展， 許多耐火材料企業(yè)研發(fā)出新產(chǎn)品。隨著水泥窯產(chǎn)量的不斷增大，新設(shè)備的應(yīng)用，建窯時間短，有些特定的部位， 內(nèi)襯磨損非常嚴(yán)重， 為滿足生產(chǎn)需要， 在水泥窯內(nèi)襯設(shè)計中開發(fā)研制了澆注料預(yù)制塊。 依據(jù)不同的工藝要求在不同的部位， 不定形耐火材料與澆注料預(yù)制塊配合使用， 更適應(yīng)水泥窯爐生產(chǎn)需要。 而我國耐火材料的消耗量仍維持在先進(jìn)國家20 世紀(jì) 70 年代的水平1 。二、不定型耐火材料必備的性能采用高純度原料配制的不定形耐火材料制品， 目前使用溫度已達(dá)到 1900以上， 在較低溫度下使用的不定形耐火材料品種已經(jīng)普遍應(yīng)用。 不定形耐火材料采用現(xiàn)場施工或整體施工，不經(jīng)

4、過中間燒成，不會引起變形，因而施工質(zhì)量保證，成品率高， 耐火構(gòu)件容易達(dá)到預(yù)期的結(jié)構(gòu)要求， 有利于延長構(gòu)件的使用壽命。 不定形耐火材料的耐火結(jié)構(gòu)是整體的，沒有砌縫，因此能避免因磚縫造成的缺陷，不易受火焰或高溫氣體、 液體的侵蝕。 在溫度變化時， 整體結(jié)構(gòu)比磚砌體更均勻傳布，可以減小由熱應(yīng)力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損傷，比磚砌結(jié)構(gòu)有更高的抗熱震穩(wěn)定性。不定形耐火材料構(gòu)筑的窯爐襯，當(dāng)局部蝕損室 50 一 60m/m 時，由于爐襯是整體的， 所以不會出現(xiàn)鄰近未遭蝕損的爐襯的自然脫落現(xiàn)象， 即使使用鋁酸鈣 剛玉質(zhì)耐火爐襯，只要保證外壁鋼殼的冷卻，50 一 601n/m 的爐襯仍很耐用。不定形耐火材料的施工不但在新襯時

5、非常簡便，在使用一段時間以后， 還可再用它來修補損壞的部位，不需將舊襯完全打掉，延長使用周期。與普通耐火材料相比，采用不定形耐火材料的成本降低35%左右。不定形耐火材料適合于不規(guī)則異形構(gòu)件的施工，適合于高精度構(gòu)件的制造，它對科研及高精尖端耐火構(gòu)件有特殊意義。不定形耐火材料的結(jié)合劑選擇、耐火骨料的材質(zhì)和粒度級配都可根據(jù)使用要求，再加減水劑、 促硬劑、 緩硬劑、 升溫硬結(jié)劑等外加劑應(yīng)用于不定形耐火材料的調(diào)配，使產(chǎn)品系列化和多樣化，適合不同施工方法的特殊要求。為更好地服務(wù)于水泥窯的生產(chǎn)需求，促進(jìn)我國不定形耐火材料的應(yīng)用推廣，需注重提高不定形耐火材料以下幾個主要方面的應(yīng)用性能。2.1 不定型耐火材料的

6、選取方法在預(yù)分解窯爐中，不定型耐火材料既要承受窯內(nèi)硫、堿、氯等有害成分的侵蝕， 又要達(dá)到高強耐磨的要求， 同時必須具備較好的熱震穩(wěn)定性。 由于原燃材料各異， 不同的設(shè)計院設(shè)計的窯型不同， 對于這種消耗性材料， 各家企業(yè)都需選取一種最適合本窯的不定型耐火材料。 耐火材料的選取影響因素很多， 除了價格因素外， 通常需要考慮較長的使用壽命； 較好的保溫效果； 較簡易的砌筑方式和較快的砌筑速度；維修速度2 。2.2 耐磨蝕性好、耐侵蝕性高新技術(shù)新裝備在水泥工業(yè)的不斷應(yīng)用，對運行于熱工設(shè)備的耐火內(nèi)襯提出了 更高的要求。 近幾年新型的第四代篦冷機已被廣泛應(yīng)用于水泥窯的生產(chǎn)， 第四代篦冷機節(jié)能、降耗、冷卻效

7、率高；篦床的運動行程比第三代要大得多，在此部位的內(nèi)襯會被高溫運動的物料拉出許多溝槽， 磨損嚴(yán)重。 這就要求與其相接觸的內(nèi)襯具有高的耐磨蝕性。 在整個水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒系統(tǒng)中， 使用替代燃料或劣質(zhì)燃料，均會對耐火內(nèi)襯產(chǎn)生許多的附加影響。 在國外， 隨著水泥技術(shù)的發(fā)展石油焦、 塑料、動物雜碎、污水污泥、溶劑、有機廢料等作為二次燃料或替代燃料使用，這的確是工藝上的進(jìn)步， 但由此也附帶了一些負(fù)面的元素， 如氯、 硫、 堿金屬、 溴、碘等也帶進(jìn)了燃燒系統(tǒng)中。 揮發(fā)性成分的濃度提高， 導(dǎo)致了銹蝕和高溫化學(xué)侵蝕的提高。 特別是逐步提高的替代燃料、 劣質(zhì)燃料的使用， 垃圾焚燒窯的不斷發(fā)展，水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)， 部分熱

8、工設(shè)備的不定型耐火材料的窯襯對高溫負(fù)荷和高溫化學(xué)侵蝕的抵抗性已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點。揮發(fā)性化合物，如氯、硫和堿，在窯內(nèi)高溫氣體中發(fā)生反應(yīng)， 生成含硫酸鹽和氯化鹽的化合物。 這些氣態(tài)或液態(tài)化合物在受熱后經(jīng)過工作襯、 膨脹縫或裂縫侵入到襯體結(jié)構(gòu)， 通常在750到1100時發(fā)生結(jié)晶。 在水泥窯系統(tǒng)中不同的溫度區(qū)域， 耐磨層和絕熱層會不同程度地遭受氯化物(KCl, NaCl)和堿化合物(K2CO3、K2SO4、Na2SO4)等高溫化學(xué)侵蝕，金屬錨固件遭受高溫氣體腐蝕或硫酸鹽和鹽酸的化學(xué)腐蝕。 對水泥生產(chǎn)耐火內(nèi)襯技術(shù)而言， 我們必須不僅考慮到水分或液體腐蝕， 而且更要考慮到高溫氣體化學(xué)侵蝕， 以及硫浸和

9、氯離子對不定形耐火材料的侵蝕作用。 生產(chǎn)實踐表明在水泥回轉(zhuǎn)窯的設(shè)備內(nèi)部已有部分硫、氯沉積。2.3 烘烤性能好隨著低水泥澆注料的廣泛應(yīng)用， 同時出現(xiàn)了這種澆注料在干燥加熱過程中的剝落和炸裂問題。 在加熱烘烤時在澆注料的內(nèi)部產(chǎn)生較大的蒸汽壓力， 當(dāng)蒸汽壓力超過澆注料抗張強度時就會發(fā)生剝落和炸裂。目前，解決澆注料的炸裂問題，一種方法是采用合理的干燥烘烤制度， 另一方法是在澆注料中加防炸裂劑， 以增大硬化體的透氣率， 降低澆注料內(nèi)部最大蒸汽壓力值。 通常使用的添加劑為金屬鋁粉、乳酸鋁和有機纖維等。生產(chǎn)實際應(yīng)用表明，現(xiàn)場施工的不定形耐火材料的性能發(fā)揮和使用效果， 在很大程度上取決于其施工和烘烤效果， 當(dāng)

10、今， 安全高效的烘烤技術(shù)的發(fā)展倍受關(guān)注，研發(fā)快速養(yǎng)護(hù)、快速烘烤甚至免烘烤的不定形耐火材料， 顯得十分必要。 特別是對于老水泥廠改造， 水泥窯系統(tǒng)中部分改造的設(shè)備，存在新的不定形內(nèi)襯，當(dāng)新老內(nèi)襯共存時，由于新內(nèi)襯養(yǎng)護(hù)、烘烤不到位急于投料， 使得澆注料內(nèi)部的蒸汽壓力超過澆注料抗張強度， 而導(dǎo)致澆注料內(nèi)襯的頻繁炸裂，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。使用新型膠結(jié)劑制備了澆注料,對比結(jié)果表明 :不定型耐火材料的質(zhì)量和性能被提高。分析了澆注料高溫收縮的原因,并提出了改進(jìn)方法3 。不定形耐火材料的施工、養(yǎng)護(hù)、烘烤、維護(hù)的難易，直接影響到其被用戶接受的程度。2.4 不定型耐火材料的施工質(zhì)量控制近年來，為了提高耐火材料的強

11、度，不少耐火材料生產(chǎn)企業(yè)均減少了鋁酸鹽水泥的用量， 產(chǎn)品向低水泥型和超低水泥型發(fā)展。 低水泥型對水比較敏感， 加水量必須嚴(yán)格控制。 往往在施工中， 操作工人不理解水必須少的道理， 以為水越多，流動性越好， 澆注就越密實， 施工單位為了盡快完成施工任務(wù)， 多加水， 少振動，這種概念是極其錯誤的， 往往成為縮短使用周期的主要原因之一。 事實上， 在澆注過程中，加水量必須嚴(yán)格加以限制，并適宜地強化振動。不強化振動，水泥漿難以形成；過量的振動，將會導(dǎo)致顆粒的離析。2.5 不定型耐火材料的維護(hù)耐火材料的使用在正常生產(chǎn)的過程中，只要耐火材料的耐火度、強度等指標(biāo)符合生產(chǎn)要求， 一般不會產(chǎn)生大的問題， 而對耐

12、火材料的使用壽命影響的關(guān)鍵在于開停窯的升降溫控制。 這是最簡單的熱脹冷縮原理， 只不過在水泥窯爐中， 這個原理是宏觀的。 如何減小開停窯對耐火材料的影響， 這是每個水泥生產(chǎn)企業(yè)的工藝技術(shù)員都必須面對的問題。 窯的升溫曲線是以窯尾煙室溫度來制定的， 日常操作中要避免溫度的大起大落，并適當(dāng)加長600700c溫度段的保溫時間，這樣在完成烘烤窯的同時，也完成了對預(yù)熱器系統(tǒng)的烘烤。因為 500600c是耐火材料結(jié)合水脫水的溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)如果耐火材料不能得到保溫，耐火材料的結(jié)合水不能及時脫出，后期的水分蒸發(fā)會在耐火材料內(nèi)部產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力， 從而使耐火材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損壞， 輕則影響耐火材料的使

13、用壽命， 重則會使耐火材料大面積剝落4 。停窯時，必須確定停窯步驟，在每次止料后，停止高溫風(fēng)機運行，給系統(tǒng)一個自然冷卻的時間， 一般在45 h左右，4001 100c區(qū)間，必須保證8 h 以上，400以下可以快速冷卻。同時，在日常操作中，窯頭罩必須保持微負(fù)壓狀態(tài)，根據(jù)經(jīng)驗控制在-20-50 Pa左右。某水泥廠家曾對同一工況下正壓和負(fù)壓對耐火材料的影響作過對比， 發(fā)現(xiàn)正壓時耐火材料的使用壽命比負(fù)壓時縮短三分之一以上。 鑒于此， 水泥企業(yè)必須減少系統(tǒng)中漏風(fēng)， 在操作中，通過對風(fēng)機的調(diào)節(jié)，加強系統(tǒng)的通風(fēng)能力，保證系統(tǒng)的負(fù)壓狀態(tài)。三、不定形耐火材料的應(yīng)用近年來， 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家， 不定形耐火材料的產(chǎn)量

14、已占耐火材料總產(chǎn)量的 40%以上。據(jù)統(tǒng)計，日本1985 年耐火材料的總產(chǎn)量為 199.74 萬噸，不定形耐火材料的產(chǎn)量已達(dá)86.82 萬噸，占總產(chǎn)量的43.5%，每年還在以1 一 2%的速度增長。70 年代，我國也開始了不定形耐火材料的研制，在生產(chǎn)純鋁酸鈣水泥、剛玉質(zhì)等高質(zhì)量耐火骨料基礎(chǔ)上發(fā)展起來， 現(xiàn)已能生產(chǎn)各個工業(yè)部門所需的不定形耐火材料。 在國外， 不但有不定形耐火材料的散裝混合料供應(yīng)市場， 而且也有專門制造各種不定形耐火材料的構(gòu)件或砌塊制品加工廠。 一方面耐火材料的主要用戶如鋼鐵、 水泥、 玻璃、 有色金屬等行業(yè)的技術(shù)發(fā)展對耐火材料提出了更高的質(zhì)量和品種要求。另一方面,這些行業(yè)在激烈的

15、質(zhì)量和價格競爭中, 向耐火材料提出了嚴(yán)峻的降低噸產(chǎn)品耐火材料成本的要求,致使耐火材料企業(yè)要以更大的投入加快新的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的開發(fā)與研究,以適應(yīng)和滿足這些行業(yè)的需求。53.1 澆注料預(yù)制塊的特質(zhì)澆注料預(yù)制塊只需在較低溫度下熱處理，是低碳和綠色耐火材料，是耐火內(nèi)襯技術(shù)中的一個獨特的技術(shù)。 可提高耐火內(nèi)襯的使用性能， 降低耐火材料消耗量，質(zhì)量穩(wěn)定、 性能可靠。 我們知道在澆注料中加入鋼纖維其目的是提高澆注料的機械性能， 抑制裂紋的產(chǎn)生或在形成裂紋時限制其擴展。 圖 4 是用鋼纖維澆注料等耐火材料， 應(yīng)用特殊的工藝制成的澆注料預(yù)制塊的樣品圖。 根據(jù)工藝部位及需要做成一定形狀， 脫模后依據(jù)其工況條件進(jìn)行熱處

16、理。 澆注料預(yù)制塊比通常的相應(yīng)澆注料具有更佳的應(yīng)用性能以及帶來的施工優(yōu)越性。其主要特點在于：（ 1）耐壓強度高與通常產(chǎn)品相比，澆注料預(yù)制塊有較高的耐壓強度，提高約 2 倍。（ 2）抗熱震性好澆注料預(yù)制塊的抗熱震性能改進(jìn)810倍。（ 3）耐磨損性優(yōu)澆注料預(yù)制塊的耐磨損性優(yōu)于同材質(zhì)的超低水泥澆注料。（ 4）節(jié)省砌筑時間無需現(xiàn)場澆注，無需支設(shè)與拆卸模具，無需施工機具。成型件發(fā)往現(xiàn)場，只需現(xiàn)場安裝組合，方便快捷。大量減少了現(xiàn)場施工工序時間，而且質(zhì)量穩(wěn)定，不受現(xiàn)場施工條件和人為因素限制，由供貨方對生產(chǎn)提供有效保證。（ 5）節(jié)省養(yǎng)護(hù)、烘烤時間在交貨時已在供貨方提前完成了澆注、養(yǎng)護(hù)、干燥和烘烤各個環(huán)節(jié)，節(jié)省

17、了大量的養(yǎng)護(hù)、烘烤過程時間，有效地解決了現(xiàn)場急于點火快速升溫而導(dǎo)致的澆注料料炸裂問題，方便用戶使用。（ 6）不受環(huán)境溫度限制水泥窯在世界范圍內(nèi)不同國家、不同季節(jié)，溫差范圍較大?，F(xiàn)場施工時，有的國家高溫達(dá)43c48C,而有的國家低溫可達(dá)零下30c以下。我國從南方到北方溫差也較大，而澆注料的施工受環(huán)境溫度的限制，在溫度出現(xiàn)過度波動時，為使施工正常進(jìn)行， 保證施工質(zhì)量， 均需采用適當(dāng)?shù)娜斯た刂拼胧?澆注料預(yù)制塊可在任意環(huán)境下安裝。（ 7）便于更換拆裝在實際生產(chǎn)中更換非常方便，哪一塊預(yù)制塊損壞可直接更換損壞件，就象更換設(shè)備零件一樣，可在很短的時間內(nèi)完成更換，實現(xiàn)即時更換即時點火的愿望。（ 8）更長的

18、儲存期不定形耐火材料通常儲存期較短，在干燥的條件，也只有幾個月，而預(yù)制塊則大大延長了儲存期，預(yù)計可達(dá)幾年。（ 9）更長的使用壽命不定形耐火材料的使用性能，受現(xiàn)場施工條件及人為因素影響較大，如加水量過大， 其現(xiàn)場的實際表現(xiàn)為氣孔率增大， 強度降低， 或振搗不到位引起強度降低等，影響使用壽命。而預(yù)制塊則克服了上述不足，預(yù)計壽命提高 23倍，節(jié)省投資，節(jié)能環(huán)保。美國的 Whahl 耐火材料供應(yīng)商，通過系列的試驗提出，預(yù)制塊的抗沖擊性方面比普通材料提高了 10 倍，耐磨損性優(yōu)于相同級別的超低水泥材料。 目前我國有的耐火材料企業(yè)將澆注料提前預(yù)澆到窯口護(hù)板上， 經(jīng)低溫烘烤后，發(fā)往現(xiàn)場，直接安裝生產(chǎn)，使用壽

19、命大于 2 年。四、結(jié)論大力發(fā)展不定形耐火材料， 在特殊部位應(yīng)用澆注料預(yù)制塊， 是不定形耐火材料施工和應(yīng)用技術(shù)方面的進(jìn)步，是水泥企業(yè)獲得設(shè)備最大利用率的基本保證之一， 也是不定形耐火材料生產(chǎn)企業(yè)獲得更高經(jīng)濟效益產(chǎn)業(yè)鏈的延伸領(lǐng)域。 在開發(fā)不定形耐火材料的過程中， 應(yīng)看到它不同于傳統(tǒng)耐火材料的生產(chǎn)模式， 它具有多學(xué)科、高科技、跨學(xué)科和技術(shù)密集等特點。原料供應(yīng)、生產(chǎn)、施工和使用單位的密切配合， 是開發(fā)和應(yīng)用不定形耐火材料必備條件。 我國不定形耐火材料的產(chǎn)量到本世紀(jì)末預(yù)計將達(dá)到 175 萬噸， 即占耐火材料總產(chǎn)量的28%。 要實現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)解決好以下三個方面的問題。4.1 加強不定形耐火材料的生產(chǎn)管理和質(zhì)量監(jiān)控杜絕假冒偽產(chǎn)品進(jìn)入市場由