不定形耐火材料的生产发展及实际应用

　　不定形耐火材料具有以下优点：生产工艺简单，系统节约能源，产品性能优良，能够任意造型和使用寿命长等。与此同时，应用领域也由低中温气氛炉向高温熔炼炉扩展，使不定形耐火材料的应用范围不同往日，有着较好的经济效益。

　　1 不定形耐火材料的类型及生产工艺
　　
　　1.1 不定形耐火材料的分类

　　根据不定形耐火材料的组成，不定形耐火材料分为重质和轻质两大类，轻质不定形材料的体能密度小于 1 800 kg/m3,重质不定形耐火材料的体能密度大于等于 1 800 kg/m3.根据不定形耐火材料的产品形式，人们把不定形耐火材料分为定形制品、特种材料和散装材料 3 种类别。另外，我们还在上述分类的引导下，按结合剂种类、耐火骨科品种和施工制作方法进行分类，这种分类实用性很大，应用最多的是按施工制作方法分类，比如浇注料、涂抹料、可塑料、压入料、投射料和预制块等便是按此方法分类的。

　　1.2 不定形耐火材料的生产工艺

　　不定形耐火材料的生产制备有定形制品生产和散状料生产两大类别。按其品种的不同，生产方法也不一样。

　　（1） 耐火浇注料的生产。耐火浇注料的生产主要有以下工序：耐火原料的破碎、粉碎、筛分、配料、混合、分装和检验等。`（2）耐火可塑料的生产。耐火可塑料与耐火浇注料生产的区别是，耐火可塑料生产中增加了混炼、挤泥、切坯、包装盒贮存等环节，因此增加了挤泥机、切坯机等设备。

　　（3）预制块的生产。预制块是使用耐火浇注料或耐火可塑料等生产的定形产品，是不定形耐火材料的品种之一。相比于现场施工的不定形耐火材料，预制块具有尺寸精确、性能稳定和施工周期短等优势。而相比于烧成耐火砖，预制块的优点是整体性好、无高温烧制、施工简单等。某些情况下预制块无需烘烤便可使用。与耐火浇注料和可塑料相比，预制件的生产增加了湿式混合、成型、固化和烘焙工艺。预制块的成型，通常在振台进行。表1 为不定形耐火材料的主要技术规格和振动台的性能。

　　2 不定形耐火材料的发展

　　不定形耐火材料是一种新型耐火材料，它不需要经过预先烧成，以松散状混合物交货和成型烘烤后便可使用。这种材料可做成无接缝的衬体和构筑物，所以被称之为整体耐火混凝土。不定形耐火材料产量逐年增加，尤其是在使用复合结合剂，超细、高效的添加剂后，烧结和自我膨胀的理论指导自行组合，创新了品种，满足了新的冶炼技术的需求。从近年来的发展趋势我们不难看出，不定形耐火材料的发展特点是：品种多样化，材料高纯化，颗粒绩配合理化。

　　不定形耐火材料发展到今天，品种发生了日新月异的变化，质量好、易于实现自动化的浇注料显著增加。从日本近几年浇注料和喷补料的产量可以看出，浇注料产量提升了约 25%,喷补料产量提升了约 15%,但可塑料和捣打料下降了 45%和 56%左右。

　　显而易见，创新喷补修补法和施工法的机械化、自动化是今后耐火材料的发展重点。

　　3 不定形耐火材料的应用

　　不定形耐火材料被应用到很多领域的窑炉、热工设备及构筑物中，并且已经取得了显著的经济效益。在冶金工业炼铁和炼钢系统、轧钢系统、石化、电力等行业中，取得了良好的效果。众所周知，冶金工业窑炉在各种工业部门中使用最多，并且使用条件非常苛刻，耐火材料消耗量占其总产量约 60%.

　　3.1 炼铁系统

　　炼铁系统包括烧结、炼焦和高炉及其附属设备。在铁矿粉烧结过程中，烧结机保温炉常用两种材料来做衬里，分别是耐火纤维毡或轻质隔热耐火浇注料。炼铁高炉是一个连续生产设备，以前采用高铝水泥和磷酸高铝质耐火烧注料预制块砌筑小型高炉，现如今全部用树脂结合剂铝碳不烧砖来砌筑。选用浇注料作为大型高炉的炉墙用耐火材料，是今后的一个发展趋势。

　　热风炉是炼铁高炉的重要配套设备，是为炼铁高炉供给热风的设备，主要分为内燃式、外燃式和顶燃式 3 种。中、小型高炉的热风炉内衬普遍用耐火浇注料预制块砌筑。在砌筑热风炉的过程中，穹顶的建设最关键，也是最艰难的。如果仅仅用球顶砖砌筑，很难达到满意的愈合，若用不定形耐火材料浇注成型代替砖砌筑，就地解决了合口的问题。大量的实践证明，将少量的矾土泥混合进磷酸盐混凝土中，用于热风炉上作促凝剂具有良好的性能。而在热风炉的球顶另外喷一层耐酸涂料，可以使其形成整体内衬，可有效抵抗炉壳被含硫烟气渗透侵蚀。

　　3.2 炼钢系统

　　炼钢系统包括平炉、转炉、电炉、炉外精炼炉、钢包和中间包以及其他设备。在过去，一般用黏土砖、高铝砖和半硅砖等来砌筑钢包，这样砌筑的钢包拥有 10~70 次的使用寿命。最近几年，水玻璃铝镁碳不烧砖被广泛用来砌筑钢包，其拥有 35~80 次的使用寿命，包龄明显提高。目前，Al2O3-尖晶石浇注料已成为钢包用耐火材料的主角。众所周知，其抗腐蚀性好、使用寿命相对较长，从一定程度上提高了钢的质量。

　　高级化、多元化是连铸用耐火材料材质的发展方向，是连续铸钢的发展促进了这个发展方向的形成。就全世界而言，连铸比呈递增趋势，从 1970 年全世界 10%的连铸比增加到 1986 年的52%,丹麦最高，已达到 100%.20 世纪 90 年代初，日本、美国、西欧的连铸比分别达到了 94%、65%和 87%,我国相对低一些，为22%.在整个连铸系统中，九成的耐火材料几乎全是被中间包消耗的，所以连铸所用耐火材料的类别和性能对连铸的质量和成本的影响是举足轻重的。

　　3.3 轧钢系统

　　轧钢系统中工业炉的使用种类多、数量大，使用温度一般低于 1 500 ℃，全部是火焰炉。用高铝质耐火可塑料或黏土结合耐火浇注料作初轧均热炉炉墙的整体内衬，有 3~6 年的使用寿命，比用高铝砖做内衬提高 1~4 倍。炉盖的使用寿命很长，比如我国武钢大型步进梁式加热炉的使用寿命已达 15 年之多，而一般的炉盖使用寿命仅为 4~8 年；锻钢加热炉通常间歇操作、炉温变动大并伴随有振动等，如果用砖砌衬，仅有 2~5 个月的使用寿命；而用黏土结合耐火浇注料砌衬的加热炉，则有 2 年以上的使用寿命。

　　4 结语

　　冶金工业的发展推动着耐火材料的发展。工业生产的实际需求决定了定型和不定形耐火材料的发展趋势，两者是基本相适应的。近年来，国内外不定形耐火材料发生着日新月异的变化，并在各个应用领域取得了巨大的经济效益，我们要在今后的普及和推广中，不断提高质量、更新品种和降低能耗，努力开拓不定形耐火材料到一个新的阶段，使之在高温技术领域做出更大的贡献。

　　参考文献：
　　[1] 王守权。 钢铁工业用耐火材料的发展[J]. 国外耐火材料，1994（1）：17-21.
　　[2] 杨彬，钟香崇。 世界耐火材料新进展 [J]. 耐火材料，1996,30（3）：172-176.
　　[3] 韩行禄。 不定形耐火材料[M]. 北京：冶金工业出版社，1994:5-20.
　　[4] 闻素坤，桂明玺。大型高炉用耐火材料的发展[J].耐火材料，1993,27（3）：169-175.
　　[5] 王战民，李再耕。高炉出铁沟用耐火材料的发展[J].耐火材料，1996,30（2）：100-110.
　　[6] 冯介夫。超低水泥浇注料在宝钢环形加热炉炉底的应用[J].耐火材料，1994,28（1）：23-25.
　　[7] 桂明玺。 国外耐火材料工业发展概况 [J]. 耐火材料，1989,23（4）：30-33.
　　[8] 郑安忠。 连铸用耐火材料的技术发展动向[J]. 耐火材料。1993,27（1）：50-53.
　　[9] 王守权。钢铁工业用耐火材料的最新动向[J].国外耐火材料，1994（11）：10-20.