熔鑄耐火材料的發(fā)展現(xiàn)狀和展望

引言耐火材料一般是指耐火度在1580℃以上的無(wú)機(jī)非金屬材料，包括天然礦石及按照一定的目的要求經(jīng)過一定的工藝制成的各種產(chǎn)品，其具有一定的高溫力學(xué)性能、良好的體積穩(wěn)定性，是各種高溫設(shè)備必需的材料。耐火材料的物理性能包括結(jié)構(gòu)性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能、使用性能、作業(yè)性能。耐火材料按制造工藝可以分為：燒結(jié)耐火材料、熔鑄耐火材料、不定型耐火材料。按使用的行業(yè)可以分為：冶金、玻璃、水泥、陶瓷、建材等窯用耐火材料。按成分（材質(zhì)）可以分為：鋁質(zhì)、鋁鋯、鋁鋯硅、鋯質(zhì)、鎂質(zhì)、鎂鋯、鎂鋁、鋁硅、硅質(zhì)耐火材料。熔鑄耐火材料是原料配料后經(jīng)三相電弧爐熔融后澆鑄、由高溫熔體冷卻析晶而制成的。熔鑄耐火材料具有內(nèi)部反應(yīng)完全、晶體發(fā)育完整、結(jié)構(gòu)致密、氣孔率低、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但其耐熱沖擊性差。熔鑄耐火材料多應(yīng)用于玻璃行業(yè)，少量用于鋼鐵冶金、環(huán)?；さ?。熔鑄耐火材料分類熔鑄耐火材料主要包含：熔鑄莫來(lái)石、熔鑄鋯莫來(lái)石、熔鑄鋯剛玉、熔鑄剛玉、熔鑄高鋯磚。熔鑄鋯剛玉分為氧化法和還原法兩種，氧化法中按照氧化鋯含量的不同分為33#、36#和41#三種類型。熔鑄剛玉按照晶相的不同可以分為：α-剛玉、β-剛玉和α-β-剛玉三種。對(duì)于耐侵蝕性，與成分和晶相結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。晶相結(jié)構(gòu)耐火性能從高到低排列為：斜鋯石、斜鋯石-剛玉共析體、剛玉、玻璃相。另外，Na2O、TiO2、Fe2O3、CaO等雜質(zhì)越少越好。玻璃相滲出量與玻璃相的數(shù)量（SiO2含量）和性質(zhì)（雜質(zhì)含量、尤其Na2O含量）有關(guān)；發(fā)泡則主要與玻璃相的性質(zhì)（雜質(zhì)含量、尤其Na2O含量）有關(guān)。對(duì)玻璃的低污染性的高低順序：41#＞33#＞36#。圖1為熔鑄鋯剛玉產(chǎn)品（AZS）各品種顯微結(jié)構(gòu)圖。熔鑄鋯剛玉產(chǎn)品的理化性能指標(biāo)見表1。圖1熔鑄鋯剛玉產(chǎn)品（AZS）各品種顯微結(jié)構(gòu)表1熔鑄鋯剛玉產(chǎn)品的理化性能指標(biāo)中國(guó)熔鑄耐火材料的展望（1）熔鑄耐火材料向低玻璃相滲出方向發(fā)展33#低硅低鈉產(chǎn)品33#低硅低鈉產(chǎn)品國(guó)內(nèi)最早由淄博艾杰旭公司推出，在現(xiàn)有33#制造工藝基礎(chǔ)上，通過減少產(chǎn)品中SiO2、Na2O含量，從而減少玻璃相總量，提高玻璃相質(zhì)量制造而成。具有玻璃相滲出量低，抗蠕變性能高，對(duì)玻璃液低污染等優(yōu)異特性。產(chǎn)品參數(shù)如圖2所示。圖233#低硅低鈉產(chǎn)品典型化學(xué)組成和晶相組成低硅低鈉鋯剛玉產(chǎn)品，通過調(diào)整內(nèi)部組分，減少基質(zhì)玻璃相的含量；通過優(yōu)化吹氧操作，減少不飽和氧化物的種類和含量，可有效降低玻璃相滲出量。國(guó)內(nèi)其它企業(yè)也有類似產(chǎn)品，主要適用于優(yōu)質(zhì)浮法窯爐、全氧燃燒窯爐等高檔玻璃窯爐的上部結(jié)構(gòu)及全氧燃燒窯爐的大碹。全氧燃燒窯爐中，對(duì)于加料口段的大碹，為避免剛玉產(chǎn)品與石英砂配合料粉塵發(fā)生的侵蝕反應(yīng)，推薦前1～2段大碹使用33#低滲出AZS磚。36#低硅低鈉產(chǎn)品36#低硅低鈉產(chǎn)品國(guó)內(nèi)最早由西普推出，其牌號(hào)為ER1851LOWEX，為最嚴(yán)重的侵蝕的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有極低的玻璃相滲出量和極強(qiáng)的抗堿蒸汽、飛料侵蝕和抗蠕變性能。產(chǎn)品參數(shù)見表2、圖3、圖4。表2物理性能圖3典型化學(xué)成分圖4典型晶相分析零玻璃相滲出產(chǎn)品零玻璃相滲出產(chǎn)品最早由西普公司推出，專門為制造高質(zhì)量玻璃熔窯上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在1500℃條件下測(cè)試幾乎無(wú)玻璃相滲出，避免了上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中玻璃相滲出物對(duì)玻璃液污染的問題，同時(shí)該產(chǎn)品對(duì)堿蒸汽和飛料具有很強(qiáng)的抗侵蝕能力。其參數(shù)見表3。REFEL公司也有牌號(hào)為1616ULX的類似的零玻璃相滲出產(chǎn)品。主要用于高質(zhì)量玻璃熔窯上部結(jié)構(gòu)。其產(chǎn)品中二氧化硅和二氧化鋯含量分別為16%左右，氧化鈉的含量在2%以上。該類型產(chǎn)品在1550℃加熱10個(gè)循環(huán)周期，玻璃相滲出量為0。國(guó)內(nèi)企業(yè)目前暫無(wú)同類產(chǎn)品。表3物理性能（2）熔鑄耐火材料向高純方向發(fā)展高純氧化鋁磚（α-氧化鋁磚）熔鑄A磚（α-氧化鋁磚）：將α-β-氧化鋁磚中的氧化鈉含量降低到1%左右，提高氧化鋁含量到98%以上。其90%以上由α-剛玉晶相構(gòu)成。α-氧化鋁磚結(jié)構(gòu)最為致密、硬度高、耐磨損、高溫下的穩(wěn)定性極好，同時(shí)具有良好的電阻性能。適用于超高溫隧道窯和特種玻璃窯爐。目前α-氧化鋁磚國(guó)內(nèi)可以生產(chǎn)，但是生產(chǎn)過程中存在很大的難題：裂紋率高，成品率太低，只能生產(chǎn)較小尺寸的產(chǎn)品，急需解決產(chǎn)品大型化的制造問題。高純氧化鋯磚（高電阻率高鋯磚）目前高鋯磚有兩大類，一類氧化鋯含量≥92%的產(chǎn)品，此類產(chǎn)品耐火度高，高溫抗侵蝕性能強(qiáng)，主要用于流液洞蓋板窯坎等關(guān)鍵部位。此類產(chǎn)品國(guó)內(nèi)已經(jīng)研發(fā)成功，并逐步國(guó)產(chǎn)化。另一類氧化鋯含量約為88%，除具有良好高溫耐侵蝕性外，還具有高溫下高電阻率的特性，以降低電能在高鋯磚中的發(fā)熱損耗，減緩高鋯磚整體侵蝕速度，廣泛應(yīng)用于TFT液晶基板玻璃、蓋板玻璃等電助熔玻璃窯爐。高電阻率高鋯磚目前國(guó)內(nèi)技術(shù)還不太成熟，該方面最新的進(jìn)展是法國(guó)西普公司推出的牌號(hào)為XILEC5和XILEC9的高電阻率高鋯磚。XILEC5參數(shù)見表4。XILEC9參數(shù)見表5所示。表4XILEC5物理性能表5XILEC9物理性能結(jié)語(yǔ)隨著環(huán)保嚴(yán)控，以及玻璃品質(zhì)不斷提升，熔鑄耐火材料企業(yè)針對(duì)玻璃產(chǎn)品各種特性不斷做出相應(yīng)的研發(fā)，促使熔鑄耐火材料品種更加多樣化，使用性能更加優(yōu)良。同時(shí)對(duì)熔鑄耐火材料的要求越來(lái)越高，促使熔鑄耐火材料向更純、更精、更佳的方向發(fā)展：（1）33#低硅低鈉、36#低硅低鈉、零玻璃相滲出等產(chǎn)品，通過調(diào)整內(nèi)部組分，減少基質(zhì)玻璃相的含量，最大可能降低對(duì)玻璃液的污染。（2）高純?chǔ)?氧化鋁磚、高純氧化鋯磚等產(chǎn)品，通過使用高純?cè)?，提升產(chǎn)品主成分的含量，降低其雜質(zhì)含量，最大可能降低對(duì)玻璃液的污染。中國(guó)熔鑄