[科普中國]-硅酸鋁質(zhì)耐火材料

簡介

按其中氧化鋁含量的多少可分為半硅質(zhì)（氧化鋁為15%-30%）,粘土質(zhì)（氧 化鋁為30%一48%）,高鋁質(zhì)（氧化鋁大于48%）三類。屬于多組分的混合晶體，生成熔體時通常存在著熔融和溶解兩個比較復雜的過程。一般以葉蠟石、硅質(zhì)土、耐火粘土和高鋁礬土為主要原料，其產(chǎn)品品種多，使用范圍廣，在耐火材料生產(chǎn)中占有較大的比重。除制成燒成或不燒磚外，還可以制 熔鑄制品，以及不同檔次的搗打料、澆灌料、耐火涂料等多種不定形耐火材料1。

性質(zhì)該材料具有重量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性、導熱率低、熱容量小、機械振動性好、加熱、保溫性能好、膨脹性好，通過特殊處理制成的鋁硅酸鹽纖維板、硅酸鋁纖維氈、硅酸鋁纖維氈、硅酸鋁纖維氈制品。模型密封材料具有導熱系數(shù)低、耐高溫、重量輕、使用壽命長、抗拉強度高、彈性好、無毒性等特點，是新型材料代替石棉，廣泛應用于冶金、電力、機械、化工等行業(yè)的保溫隔熱2。

國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀我國硅酸鋁質(zhì)耐火材料，有著悠久歷史，大約在公元前1700多年的青銅時期，就已經(jīng)使用硅酸鋁質(zhì)耐火原料。后來，由于煉鐵和硅酸鹽工業(yè)的興起，硅酸鋁質(zhì)耐火材料又從利用天然原料到相繼出現(xiàn)了匣缽、坩堝、砌塊等制品。十九世紀后，硅酸鋁質(zhì)耐火材料成為各類爐襯的主要材料。

二十世紀六十年代以來，硅酸鋁質(zhì)耐火材料向著質(zhì)量高純化、品種不定形化發(fā)展。建國以來，我國制造了不少具有世界先進水平的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，取得了豐富的生產(chǎn)硅酸鋁質(zhì)耐火材料的經(jīng)驗。耐火材料主要還是硅酸鋁質(zhì)，占耐火材料總量的85%以上，高鋁質(zhì)和不定形耐火材料也逐年上升。八十年代以來，鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，到現(xiàn)在為止，盛鋼桶桶襯仍使用硅酸鋁質(zhì)。鞍鋼所用的盛鋼桶內(nèi)襯A120，大于45%，上鋼也用粘土或高鋁磚，美國、日本也有不少用高鋁磚的，使用達100次以上。我國一級燒高鋁磚壽命達31--47次。焦爐用粘土磚與日本同類產(chǎn)品質(zhì)量相似。我國自制的莫來石板，耐侵蝕、無裂紋、光滑度，不粘渣等，均優(yōu)于不燒高鋁磚，我國研制的魚雷包用的莫來石磚超過了日本標準指標。莫來石質(zhì)塞頭磚，鋼廠使用穩(wěn)定在四小時以上。

近20年來，硅酸鹽鋁質(zhì)耐火材料向優(yōu)質(zhì)高效方向邁進，粘土硅在逐年下降，高鋁制品逐年上升，普通粘土磚總量雖有下降趨勢，但在工業(yè)窯爐及熱工設備上的作用并沒降低，鋼鐵工業(yè)的爐缸、爐腰、爐腹等部，大量用莫來石質(zhì)或剛玉磚，高爐的主要部位爐身上一般也仍用普通粘土磚或高鋁磚，日本高爐用粘土磚的三氧化二鋁由38%提到42%以上，顯氣孔率由20%降至10%，耐壓強度提高一倍以上。蘇聯(lián)用的高密度粘±磚或高嶺土磚，壽命達lO年以上，美國中型高爐壁也仍用致密粘土或高鋁磚。西德、法國、美國、意大利等國高爐，也都使用粘土磚和高鋁磚。

各國熱風爐絕大部分用硅酸鋁質(zhì)耐火材料，風溫低于900℃時，一般用普通粘土磚：風溫在900-1100℃時，爐襯和格子磚用高鋁磚，莫來石磚或硅線石磚；風溫高1100℃時，一般用高鋁磚，莫來石磚作爐襯和格子磚。美國熱風爐有半硅質(zhì)、粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)及莫來石質(zhì)磚等。

為適應近代技術的發(fā)展，耐火材料也面臨著一個新發(fā)展，這就要求耐火材料應用化學純度高的原料，使制品具有致密度大，耐溫度急變，在真空和各種氣氛中能耐熔融金屬的侵蝕作用，以及高溫機械強度高，能抵抗蠕變等性能。

目前發(fā)展的特殊耐火材料分為兩大系列。第一是純氧化物特殊耐火材料，以氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯、氧化鈾、氧化鎂、氧化鈰、氧化釷等為原料制成，第二系列為人工合成的碳化物，硅化物，硼化物，氮化物這類難熔化合物以及金屬一陶瓷復合材料制成的特殊耐火材料。純氧化物制品不但具有很高的耐火度和致密度，而且還有很高的高溫結構強度，良好的熱震穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。因此，他們越來越廣泛地被用來砌筑各種高溫爐、火箭燃燒室、噴咀內(nèi)襯、制成冶煉各種重要貴金屬和合金的坩堝，并用以作為原子反應堆材料。

但是，這類材料的優(yōu)異性能，往往因熔煉物料的類型、使用周圍的氣氛、與之接觸的其它材料等這些因素而產(chǎn)生變化，所以要根據(jù)實際情況分別選擇。碳化物、硅化物、硼化物、氮化物等化合物都具有難熔的特點，它們的熔點從2000℃幾乎達到4000℃，這些化合物具有金屬的特性，如金屬光澤、隨溫度升高導電性減少、相當高的導電性等。此外，這些化合物帶有很高的硬度，能用于切削技術，有很高的高溫機械強度和高的熱穩(wěn)定性與化學穩(wěn)定性。因此，這類特殊耐火材料大部分被運用在渦輪機、噴氣技術和原子能設備之中2。

未來發(fā)展趨勢發(fā)展優(yōu)質(zhì)硅酸鋁耐火材料的基礎是優(yōu)質(zhì)硅酸鋁耐火原料，近年來國外對硅酸鋁耐火材料質(zhì)量要求精益求精，在選礦、提純、合成工藝、煅燒技術等方面做了大量的研究，原料純度提高，燒結程度改善，成分結構均勻，性能穩(wěn)定，為發(fā)展優(yōu)質(zhì)高純高效制品提供了基礎。研究發(fā)展新型輕質(zhì)硅酸鋁耐火材料和不定形硅酸鋁耐火材料是今后硅酸鋁耐火材料發(fā)展的一個重點。近幾十年來，不定形硅酸鋁耐火材料的迅速發(fā)展及其使用范圍的擴大是硅酸鋁耐火材料生產(chǎn)上的一大突破。這種材料的特點是生產(chǎn)流程簡化，燒成工序簡單，節(jié)省能源，便于施工，能適應各種復雜的爐體結構要求。

當前我國應進一步鞏固和發(fā)展多品種不定形耐火材料，擴大使用范圍和提高使用效果。今后發(fā)展的趨勢是：天然硅酸鋁耐火原料使用比例逐漸下降，而經(jīng)過選礦與合成的高純度、高密度和質(zhì)量均勻的硅酸鋁耐火原料比例不斷提高。硅酸鋁耐火材料的綜合消耗(耐火材料用量與瓷產(chǎn)量的比值)的不斷降低，是硅酸鋁耐火材料發(fā)展的重要標志。近年來，國外硅酸鋁耐火材料發(fā)展的一個重要特征就是綜合消耗大幅度下降。當前硅酸鋁耐火材料品種發(fā)展的趨向是一部分傳統(tǒng)的燒成磚向高溫、超高溫的直接結合磚和再結合磚發(fā)展，另一部分正在逐步為完全不需燒成、能耗小的不定形硅酸鋁耐火材料和硅酸鋁耐火纖維材料所代替。為使直接結合和再結合磚向更高純度、更高密度和更好的組織結構發(fā)展，在生產(chǎn)上采取了選礦提純、二次煅燒、高壓成球、人工合成以及高壓成形和高溫燒成等新工藝。不定型硅酸鋁耐火材料除了已有材質(zhì)、品種外，目前正向高溫領域發(fā)展。硅酸鋁耐火纖維也在向擴大品種并向高溫使用領域(在1600℃以上工業(yè)窯爐使用)的方向發(fā)展3。