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耐火材料怎麽分類

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耐火材料怎麽分類

發布日期:2019-10-30 作者: 點擊:

耐火材料是所有高溫工業實施的基礎,種類繁多,應用廣泛。該文為大家總結了耐火材料在四大主要下遊:鋼鐵行業、水泥行業、有色金屬冶煉工業及玻璃工業中的應用,包括高爐、轉爐、電爐、鍋包爐、LF爐、RH真空精煉設備、水泥窯、玻璃窯、有色金屬冶煉爐等高溫設備對不同種類耐火材料的選擇。如果你和之前的小編一樣迷茫,那快來看看這篇文章吧。
1、什麽是耐火材料?

耐火材料,根據國際標準是指在高溫環境下其化學與物理性質穩定並能正常使用的非金屬 ( 並不排除含有一定比例的金屬) 材料與產品。美國對耐火材料標準定義:根據其化學、物理性質可製成用於溫度超過 1000 ℉環境下的結構與器件的非金屬材料。按日本的標準,耐火材料規定為能在 1500℃以上溫度下使用的定形耐火材料以及最高使用溫度為 800℃以上的不定形耐火材料、耐火泥漿與耐火隔熱磚。中國則沿用國際標準,耐火材料的定義為物理與化學性質適宜於在高溫下使用的非金屬材料,但不排除某些產品可含有一定量的金屬材料。

2、耐火材料有哪些?

耐火材料有多種分類方法,按化學性質分類,可分為酸性耐火材料、堿性耐火材料和中性耐火材料三類。

按耐火材料的礦物化學主要成分來分,可劃分為:矽質耐火材料、鋁矽酸鹽耐火材料、鎂質耐火材料、鎂尖晶石質耐火材料、鎂鉻質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、白雲石耐火材料、碳複合耐火材料,高鋁質耐火材料、鉻質耐火材料、鋯質耐火材料等。

按供貨形式分類,可分為定型和不定型耐火材料兩類。

根據耐火度不同分類,分為普通/高級/特級/超級耐火材料;耐溫1580~1770℃稱為普通耐火材料,高級耐火材料可以耐1770~2000℃高溫, 耐高溫2000~3000℃的稱為特級耐火材料,3000℃以上的稱為超級耐火材料。

根據體積密度分類,還可以分為輕質/重質耐火材料。

根據性質和尺寸的不同分類,分為標型/普型/異型/特異型耐火材料等。 

按照耐火材料的化學成分分類是耐火材料的最常見的分類方式。具體分類、類別及其主要化學成分和主要礦物成分如下:


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3、如何選擇合適的耐火材料?

耐火材料是鋼鐵、有色、石化、建材、電力等高溫工業的基礎材料,是高溫工業熱工裝備的重要支撐材料。四大下遊應用領域分別是:鋼鐵行業、水泥行業、有色金屬冶煉工藝以及平板玻璃工業。

領域一:鋼鐵行業

耐火材料70%下遊需求為鋼鐵行業, 應用於高爐、轉爐、電爐、鋼包爐、 LF 爐、 RH 爐以及連鑄係統等。


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鋼鐵生產流程是將鐵礦石在高爐中冶煉成生鐵,將鐵水注入轉爐或電爐冶煉成鋼,再將鋼水鑄成連鑄坯或鋼錠,經軋製等塑性變形方法加工成各種用途的鋼材。鋼鐵生產中由於各種爐子的工作環境與使用要求不盡相同,因此對於耐火材料也有不同的要求。

高爐用耐火材料

高爐煉鐵主要用到的耐火材料有是不定型耐火材料、碳質耐火材料、粘土磚、高鋁磚等。其中碳質耐火材料包括石墨磚、半石墨磚、炭磚、Si3N4結合SiC磚。

高爐不同部位使用環境不同,對耐火材料的要求和選擇也不盡相同。

爐喉:主要使用優質的黏土磚和高鋁磚砌築。

爐身:中部和上部溫度區域為 400°C~800℃。目前在這部位都是采用優質的黏土磚或高鋁磚砌築而成。

高爐爐身下部:經過對高爐的大量的調查研究其結果表明,其中約有 23%的高爐都是使用的 SiC 耐火材料。在我國研製出的Si3N4結合SiC磚對抗侵蝕性能有了顯著的提高,並且已經開始應用於我國的各大高爐爐身的砌築,對高爐的使用壽命有了顯著的提高。

爐腰:正常工作時候的溫度為1400℃~1600℃,我國針對爐腰部位所受到的侵蝕以及衝刷嚴重的情況,研製出Si3N4結合 SiC 磚,經過實踐證明這種磚的耐衝刷、耐侵蝕性好。

爐腹:下部爐料溫度約在 1600℃~1650℃,並形成大量的中間渣開始滴落。在國內一般選用碳質耐火材料製作的碳化矽磚。在國外這部位選用的耐火材料也比較多,荷蘭霍戈文鋼鐵公司3662m3高爐爐腹砌半石墨磚,效果較好。

爐缸:溫度一般是在 1450°C~1500°C之間。風口區溫度能夠達到1700°C~2000°C。主要是采用炭磚砌築。近年來,國內很多高爐爐底爐缸采用法國 SAVOIE 公司和日本電極公司碳質材料-陶瓷材料複合結構。

鐵口:在鐵口主要的裝置是鐵口套,它是由鑄鋼製成,並與爐殼焊接。目前在這個部位主要使用性能優異的炭磚。

轉爐

轉爐用鎂碳磚。

衝擊區修補料(大麵料):電熔鎂砂、燒結鎂砂+瀝青+結合劑。

耳軸噴補料:鎂砂+消石灰+水,高壓空氣噴補,幾爐一補。

出鋼口修補料:鎂砂+樹脂。

爐口鎂質搗打料:鎂砂+鉻綠。

電爐

電爐爐蓋:高鋁質、莫來石質、剛玉質、鉻剛玉質澆注料。

電爐主爐壁:直接結合鎂鉻磚、預反應鎂鉻磚、鎂磚

渣線及熱點:油浸鎂磚、直接結合鎂鉻磚、熔鑄鎂鉻磚、鎂碳磚

爐底隔熱層:一層石棉板,上鋪矽藻土粉,其上平砌隔熱磚

爐底永久層:燒成鎂磚、瀝青結合鎂磚等錯縫砌築

爐底工作層:打結爐底:鎂砂+瀝青、焦油,鎂鈣鐵砂;砌築爐底:瀝青結合鎂磚、鹵水結合鎂磚

出鋼口:高強度鎂碳磚、Al2O3-SiC-C磚

鋼包爐

渣線:鎂碳磚、鋁鎂碳磚

包壁:低碳鎂碳磚、鋁鎂碳磚、鋁鎂不燒磚(無碳磚)、鋁鎂澆注料

包底:鋁鎂碳磚、鋁鎂澆注料、剛玉尖晶石澆注料

包底用耐火材料:水口座磚、透氣磚、透氣座磚、引流砂。

LF爐

渣線用耐火材料,耐侵蝕、抗熱震的優質鎂碳磚,添加抗氧化劑ZrB2(1.5%);鋼水線用高鋁磚;

包底用高鋁磚和高鋁澆注料。

大同公司全襯采用鎂碳磚。

ASEA-SKF爐

渣線部位:鎂碳磚、鎂鉻磚、鎂磚、鎂白雲石磚、Al2O3>85%的高鋁磚;

側壁與包底用75%Al2O3的高鋁磚、澆注料;

鋼水線下部用鋁碳磚。

RH真空精煉設備

本體主要耐火材料:鎂鉻磚、鎂尖晶石磚、剛玉尖晶石澆注料、剛玉尖晶石預製料,正在向無鉻化發展。

連鑄中間包:高爐磚、鎂質塗料

領域二:水泥行業

耐火磚廣泛應用於各工業部門和高溫技術領域,是水泥企業在熟料煆燒過程中必不可缺的生產材料。在水泥企業應用較多的是堿係和矽鋁係耐火磚。之前,在回轉窯燒成帶應用最多的就是鎂鉻磚,但是鎂鉻磚中水溶性六價鉻的汙染隱患,已成為耐火磚應用過程中急需解決的重要課題。隨著環保意識的提高,一些工業化國家(如德國、美國等)已通過立法來限製鎂鉻磚的使用。我國對此也有相應的規定。目前耐材無鉻化已在水泥行業全麵實行,在燒成帶用鎂鐵和鎂鈣磚都能替代原先的鎂鉻磚。


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水泥企業熟料煆燒及冷卻係統的各個不同部位,對耐火磚的性能要求不同,所使用耐火磚的種類亦不同。水泥企業常用的耐火磚有:高鋁磚、白雲山磚、鎂鉻磚、尖晶石磚、抗剝落磚、矽莫磚等。

高鋁磚

主要適宜於預熱器、分解爐、三次風管、回轉窯的分解帶,篦冷機內襯等處。

白雲石磚

白雲石磚往往用在回轉窯的高溫燒結部位。由於白雲石固有的水化性,使得其在停窯期間會吸潮水化,使磚體開裂剝落,所以白雲石磚適宜在運行周期長的回轉窯內中使用。用在回轉窯煆燒帶,使用壽命比原用鎂鉻磚還長。

鎂鉻磚

20世紀50年代出現的鎂鉻磚使得爐襯壽命有了大幅度的提高,使得鎂鉻磚在水泥回轉窯耐火材料中一直處於主導地位。20世紀60年代,大型水泥回轉窯的出現,使得氧化鎂尖晶石磚代替了鎂鉻磚在過渡帶中的位置。

為減少六價鉻對環境的汙染,現已製造了低鉻鎂鉻磚和無鉻堿性耐火材料來取代鎂鉻磚。如果不考慮環境汙染的話,鎂鉻磚是一種性價比非常高的耐火材料。目前水泥行業,已經在燒成帶用鎂鐵和鎂鈣磚都能替代原先的鎂鉻磚,實施無鉻耐材。

鎂鋁尖晶石磚

尖晶石磚中沒有鉻的成分,是一種環保產品,多用於回轉窯的前、後過渡帶。

鎂鐵尖晶石磚

不含鉻成分,適用於回轉窯的整個堿性區域(燒成帶、過渡帶),具有優異的造窯皮能力;

抗剝落磚

抗剝落磚是含鋯高鋁磚,屬於一種酸性磚,是水泥企業回轉窯過渡帶及分解帶的理想材料。還可用於回轉窯的窯門罩、冷卻機等部位。

矽莫磚

矽莫磚中的“矽”指碳化矽,“莫”指莫來石。本質上,矽莫磚是一種添加了碳化矽的高鋁磚。適用於回轉窯的上、下過渡帶、安全帶。許多企業實踐證明:矽莫紅磚或矽莫磚用於5 000t/d預分解窯上過渡帶,可以獲得12個月以上的使用壽命。 

領域三:有色金屬冶煉工業

有色金屬冶煉的主要設備就是有色金屬冶煉爐窯。對耐火材料的品質、質量的需求和選擇是提高有色金屬冶煉爐窯壽命和產量的重要因素。冶煉爐的結構形式取決於不同的火法冶煉工藝,根據不同的冶煉工藝流程,選用不同形式的爐種。


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鋁熔煉窯爐

煉鋁爐主要有反射爐、轉筒爐和感應電爐等,操作溫度一般為700-1000℃。該類爐子襯體的損毀主要是鋁液的滲透和衝刷所致,其襯體一般用粘土磚、高鋁耐火磚及剛玉莫來石磚砌築,也可用高鋁質耐火澆注料和耐火可塑料製作。

粗銅熔煉爐

煉銅轉爐的內襯,各國普遍采用鎂鉻耐火磚或鉻鎂磚。而由於“鉻”對於環境的危害,近年來含鉻耐火材料也逐步在建設,取而代之的是新型無鉻環保型綠色耐火材料。

轉爐風口區域和渣線部位,是轉爐內襯的薄弱壞節,宜選擇優質的高檔耐火磚。

鉛鋅工業

鉛鋅密閉鼓風爐

使用溫度800-850℃熱風鼓風,爐頂保持1050-1100℃的高溫。鉛鋅密閉鼓風爐爐缸采用鎂磚砌築,爐腹是水套,爐身采用高鋁磚砌築,爐缸用高鋁質不定型耐火材料打結。目前國內兩座鉛鋅密閉鼓風爐,其前床內村分別采用鉻渣磚和鋁鉻鈦磚。

鋅精礦流態化焙燒爐(沸騰爐)

采用粘土磚砌築而成,爐底分布板,加料前室、排料口等部分也有采用粘土質耐火混凝土搗製。另一發展方向是可以全部采用不定型耐火材料。

感應熔鋅電爐體

采用粘土磚砌築,熔溝采用不定型耐火材料搗製,感應式所處的溫度無法將搗製而成的耐火材料燒結成整體,需用膠黏劑將其結合成整體。目前普遍使用的是水玻璃粘土質材料。

領域四:玻璃工業

窯爐作為玻璃生產的核心裝備,窯爐的技術進步要求有多品種的優質耐火材料作為保障條件,要求耐火材料能承受更高的溫度、更急劇的溫度變化、更強烈的化學侵蝕、更嚴酷的應力破壞,隻有配套應用多品種優質耐火材料,窯爐新技術的高效、節能、低汙染等優越性才能得以實現。


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玻璃窯用熔鑄耐火材料

熔鑄鋯剛玉耐火材料中,氧化鋯具有提高抗侵蝕性的作用; 熔鑄鋯剛玉耐火材料的工藝是使粒度、形狀適宜的一次斜鋯石均勻分布於成分、數量適宜的玻璃相中,使一次斜鋯石與玻璃相彼此配合,互相保護; 這方能使熔鑄剛玉耐火材料具有較高的氧化鋯含量,較低的玻璃相含量和較高的製造合格率。隨著全氧燃燒工藝的推廣,又開發了低滲出熔鑄耐火材料,如ER2001。

玻璃窯用矽質耐火材料

20 世紀80年代,我國從美國引進了玻璃窯用高級矽磚的製造技術。采用全氧燃燒技術後矽磚壽命從 5~10a銳減為2~3a。鼠洞和熔蝕是主要的損毀原因。鼠洞是從窯內泄漏氣體中的堿冷凝在磚縫上腐蝕矽磚所致的。一方麵,通過提高磚的尺寸精度,減小磚縫,降低窯氣外泄;另一方麵,采用抗侵蝕性能更好的低鈣矽磚或高純矽磚以及設計窯襯結構,使堿的冷凝溫度區移到矽磚背後的不定型耐火材料層中來提高矽磚壽命。

玻璃窯用堿性耐火材料

玻璃窯蓄熱室耐火材料,通常,蓄熱室格子體最上層使用高檔鎂磚w(MgO)>97% ; 上層使用中檔鎂磚,w ( MgO) 約為95%~96% ; 中層使用直接結合鎂鉻磚; 下層使用低氣孔黏土磚。為此,玻璃企業擴大了蓄熱室中 M-97 鎂磚和直接結合鎂鉻磚的用量,替換了性能較差的 M-95鎂磚,使蓄熱室壽命由原來的 1a 延長到 3a,取得了初步成功。如獲更長的使用壽命,可在玻璃窯蓄熱室中層使用複合尖晶石質材料。目前,該類材料已獲良好使用效果。


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關鍵詞:剛玉坩堝,氧化鋁,鐵三角形架

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