|
優(yōu)質(zhì)合成耐火原料的研發(fā)步伐加快
目前,一些發(fā)達(dá)國家天然原料使用量在減少,而高純合成原料用量在不斷增長,其原因是大量使用合成原料的不定形耐火材料比例在增加,而大量使用天然原料的黏土磚、高鋁磚、鋯英石磚產(chǎn)量在減少。用戶對耐火材料使用壽命有更高的要求,這方面高純合成原料更能滿足需要。
最近發(fā)展的有代表性的幾種合成原料:
1.用高嶺土和工業(yè)氧化鋁作原料,經(jīng)濕法研磨,真空擠壓成球,然后在高溫下煅燒制成的莫來石基熟料,具有良好的熱機(jī)械性能,在窯具以及不定形耐火材料方面有很好的應(yīng)用前景。
2.同樣用高嶺土和苛性鎂砂作原料,經(jīng)濕法研磨,真空擠壓成球,然后高溫煅燒,能得到晶體發(fā)育良好的堇青石熟料,在窯具方面具有很好的應(yīng)用前景。
3.由于潔凈鋼、低碳鋼、高氧鋼以及不銹鋼的發(fā)展,使得含游離鈣的堿性耐火材料逐漸受到重視,例如,鎂?鈣熟料。
4.礬土基電熔剛玉和礬土基電熔莫來石,礬土基電熔莫來石?氧化鋯以及電熔剛玉?氧化鋯,電熔氧化鎂?氧化鋯等合成原料,也得到迅速發(fā)展。
5.值得一提的是,一種球狀致密空心合成莫來石骨料在不定形耐火材料生產(chǎn)中得以應(yīng)用。該材料的特點是,空心外殼壁厚0.2毫米～5毫米,直徑1.5毫米～40毫米,表面可以光滑、平整,也可粗糙、凹凸不平,球殼可以是單層,也可以是雙層,表面突出的部位可以是致密的,也可以是空心的。因此在澆注料中應(yīng)用不僅能改善材料的隔熱性能,而且能降低體積密度而不破壞其強度。
紅柱石、硅線石、藍(lán)晶石原料受寵
由于紅柱石、硅線石、藍(lán)晶石在高溫下相變?yōu)槟獊硎?而莫來石膨脹系數(shù)較小,有利于提高材料的抗熱震性。在材料中添加紅柱石,能形成熱應(yīng)力擴(kuò)散的無數(shù)細(xì)微空隙,使得因膨脹冷縮在耐材內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力得到釋放,從而提高了材料的抗熱震性。硅線石完全莫來石化的溫度較高,這對提高制品高溫抗蠕變性有利。此外,莫來石化伴隨產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)也對高溫抗蠕變有利。
資料指出,以紅柱石為主原料的紅柱石磚,其抗蠕變性優(yōu)于普通高鋁磚、剛玉磚和大部分的莫來石磚。因此,開發(fā)利用“三石”以改善鋁硅系耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性能有很大應(yīng)用空間。
鋼鐵工業(yè)用耐火材料發(fā)展迅速
高爐用耐火材料材質(zhì)變化大。高爐陶瓷杯的發(fā)展越來越普遍,但生產(chǎn)高爐陶瓷杯需要應(yīng)用高抗侵蝕性耐火材料,以保證其使用壽命的延長。除了設(shè)計方面的變化,耐火材料材質(zhì)方面也發(fā)生很大變化,例如微孔碳磚代替過去的普通碳磚,以降低鐵水的滲透。采用灌漿法對高爐背襯進(jìn)行修補可有效地阻止背襯熱氣流的沖刷,從而延長高爐爐襯壽命。
轉(zhuǎn)爐用耐火材料采用水冷新技術(shù)。在轉(zhuǎn)爐煉鋼方面,一種水冷技術(shù)和懸掛系統(tǒng)分別在轉(zhuǎn)爐爐殼的上部錐體部位和下部胴體部位得到應(yīng)用,從而減小轉(zhuǎn)爐爐體變形,延長轉(zhuǎn)爐爐襯壽命,提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率。這些新技術(shù)的應(yīng)用已對耐火材料的使用產(chǎn)生一定的影響,使轉(zhuǎn)爐爐齡提高到平均4000爐以上,加之噴補,高石灰和白云石的應(yīng)用以及濺渣護(hù)爐技術(shù)的應(yīng)用,爐齡超過1萬爐不成問題。
連鑄用浸入式水口研究重點確定。由于連鑄系統(tǒng)的發(fā)展,中間包已由過去的中轉(zhuǎn)站變成現(xiàn)在的影響鑄鋼質(zhì)量和提高鑄鋼生產(chǎn)率的冶金容器。因此,許多功能材料逐漸應(yīng)用在中間包內(nèi),如擋渣堰、沖擊板、過濾器、吹氬透氣塞等。
浸入式水口作為連鑄用的重要功能耐火材料,所開展的研究重點主要在兩個方面:一是提高渣線部位抗侵蝕性,二是降低內(nèi)壁Al2O3附著。采取將ZrO2含量增加到88%,以及硅化顆粒按尺寸分布的措施,可以降低制品的熱膨脹率和氣孔率,提高致密度,改善抗侵蝕性。
水泥、玻璃工業(yè)用耐火材料的創(chuàng)新方向
全世界水泥產(chǎn)量已從1980年的8億噸,增加到2003年的18億噸,預(yù)計到2020年仍將以3.6%的年均增長率增長。水泥工業(yè)生產(chǎn)工藝的變化,不僅大大提高了水泥生產(chǎn)的效率和生產(chǎn)能力,而且給耐火材料提出了新的要求。每噸水泥消耗耐火材料從過去的1.2千克降到目前的0.58千克,有望在2005年降到0.5千克。除傳統(tǒng)的鎂磚、鎂鉻磚、高鋁磚、黏土磚之外,低水泥澆注料在水泥窯的窯頭和窯尾、冷卻器管道、管道彎頭部位以及分解器底部具有更明顯的使用效果。
玻璃工業(yè)用耐火材料所面臨的主要問題是低溫熔融方面的發(fā)展。無砷材料的熔融工藝、全氧燃燒技術(shù)以及電助熔技術(shù)的發(fā)展,對耐火材料提出更嚴(yán)格的要求。
近幾年,玻璃熔窯的壽命已得到很大提高,生產(chǎn)平板玻璃的浮法生產(chǎn)線可達(dá)10年之久。普通玻璃熔窯壽命為5～7年,特殊玻璃熔窯的壽命也達(dá)2年,因此耐火材料必須具備高抗侵蝕性,對玻璃質(zhì)量影響小,對環(huán)境不造成污染,質(zhì)量穩(wěn)定,節(jié)能效果明顯等功能。
為了改善玻璃質(zhì)量,耐火材料方面所作的努力除采用傳統(tǒng)的31號、36號、41號鋯剛玉磚(AZS)之外,一種含94%氧化鋯的熔鑄磚(ZFC)也得到發(fā)展。這種高氧化鋯熔鑄磚具有比AZS磚更優(yōu)良的性能。例如較少的玻璃相,抗玻璃液侵蝕,大大減少玻璃產(chǎn)品氣泡、結(jié)石等缺陷。因此,這種熔鑄磚可以適應(yīng)各種玻璃的熔煉,如硅酸鋁玻璃、電子玻璃以及硼?硅酸鹽玻璃等。
為了適應(yīng)電助熔技術(shù)的發(fā)展,研究人員開發(fā)了一種含90%氧化鋯的熔鑄磚(ZFCR),其高溫電阻率是ZFC熔鑄磚的10倍。因此顯示了優(yōu)異的抗侵蝕性。
有色工業(yè)用耐火材料的發(fā)展
有色冶煉主要包括銅、鉛、鋅、鎳、銻、錫等,輕金屬冶煉以鋁和鎂為主。冶煉設(shè)備有閃速爐、伊薩麥爐、奧斯麥爐、底吹氧爐等,使用耐火材料要求具有較長的壽命,節(jié)能、不污染環(huán)境、安全及維修方便。近幾年不定形耐火材料在有色冶煉工業(yè)的應(yīng)用正在逐漸受到重視,如高耐磨性、高抗渣性和熱穩(wěn)定性優(yōu)良的澆注料,抗剝落性優(yōu)良的鋼纖維增強澆注料,以及自流澆注料、搗打料、可塑料、干式料、噴補料、預(yù)鑄塊等應(yīng)用比例逐年增長。
有關(guān)專家指出,含碳耐火材料具有優(yōu)良的抗侵蝕性和抗熱震性,但在高溫下易氧化,因此各種抗氧化劑應(yīng)運而生,如金屬鋁、金屬硅、金屬鎂或它們的合金。然而這些添加劑都有其缺陷,如金屬鋁易與石墨反應(yīng)在磚表面形成Al2O3,進(jìn)而在室溫下與空氣接觸發(fā)生水化,同時金屬鋁易蒸發(fā)形成氣孔,從而加速耐火材料的侵蝕。然而最近研究表明,加入Al4O4C、Al2OC以及Al4SiC4等添加劑可明顯改善含碳耐火材料的抗氧化性,使含碳耐火材料起到自修復(fù)作用。
有關(guān)專家認(rèn)為,鎂鋁尖晶石晶體結(jié)構(gòu)是一種具有較大負(fù)吉布斯自由能的化合物。在1600℃達(dá)-43.53kJ/mol,比莫來石高50%。這就意味著鎂?鋁尖晶石與其他氧化物反應(yīng)時相當(dāng)穩(wěn)定。另外,鎂?鋁尖晶石的膨脹性能與其他高鋁耐火材料相當(dāng),在室溫到1200℃時其值為(6～9)×10-6/℃。
從鎂鋁尖晶石二元相圖觀察,MgAl2O4的低共熔溫度相當(dāng)高,無論從富鎂端還是從富鋁端,其共熔溫度分別在1850℃和1925℃。同樣重要的是鎂?鋁尖晶石在高溫下顯示出很寬的化學(xué)計量配比范圍。由于Mg陽離子具有四面體填隙結(jié)構(gòu),而Al陽離子則有較強的八面體填隙結(jié)構(gòu),因此在1800℃無論存在超量MgO或超量Al2O3,尖晶石均能有較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。因此利用上述特點,人們可以用氧化鎂作第二相添加到氧化鋁中,或?qū)⒀趸X作第二相添加到氧化鎂內(nèi),在高溫下均能合成尖晶石形成富鎂或富鋁尖晶石。鎂?鋁尖晶石在耐火材料中的應(yīng)用越來越受到青睞,尤其在代替鎂?鉻耐火材料方面具有廣闊的前景。
耐火材料的再利用受到關(guān)注
耐火材料的再利用已經(jīng)在多次國際性耐火材料會議上強調(diào),這無疑是一個值得耐火材料生產(chǎn)者和用戶共同關(guān)注的問題。在這方面用戶與耐火材料供應(yīng)商有著良好的合作前景。例如寶鋼與耐火材料廠之間合作將使用后的鎂碳磚回收,可再生產(chǎn)出同樣標(biāo)準(zhǔn)的鎂碳磚。同時,含碳耐火材料可以用來生產(chǎn)造渣劑,在冶金行業(yè)重新利用 |
行業(yè)新聞 > 耐火材料發(fā)展動態(tài)及趨勢