[科普中国]-硅酸铝质耐火材料

简介

按其中氧化铝含量的多少可分为半硅质（氧化铝为15%-30%）,粘土质（氧 化铝为30%一48%）,高铝质（氧化铝大于48%）三类。属于多组分的混合晶体，生成熔体时通常存在着熔融和溶解两个比较复杂的过程。一般以叶蜡石、硅质土、耐火粘土和高铝矾土为主要原料，其产品品种多，使用范围广，在耐火材料生产中占有较大的比重。除制成烧成或不烧砖外，还可以制 熔铸制品，以及不同档次的捣打料、浇灌料、耐火涂料等多种不定形耐火材料1。

性质该材料具有重量轻、耐高温、热稳定性、导热率低、热容量小、机械振动性好、加热、保温性能好、膨胀性好，通过特殊处理制成的铝硅酸盐纤维板、硅酸铝纤维毡、硅酸铝纤维毡、硅酸铝纤维毡制品。模型密封材料具有导热系数低、耐高温、重量轻、使用寿命长、抗拉强度高、弹性好、无毒性等特点，是新型材料代替石棉，广泛应用于冶金、电力、机械、化工等行业的保温隔热2。

国内外的研究现状我国硅酸铝质耐火材料，有着悠久历史，大约在公元前1700多年的青铜时期，就已经使用硅酸铝质耐火原料。后来，由于炼铁和硅酸盐工业的兴起，硅酸铝质耐火材料又从利用天然原料到相继出现了匣钵、坩埚、砌块等制品。十九世纪后，硅酸铝质耐火材料成为各类炉衬的主要材料。

二十世纪六十年代以来，硅酸铝质耐火材料向着质量高纯化、品种不定形化发展。建国以来，我国制造了不少具有世界先进水平的优质产品，取得了丰富的生产硅酸铝质耐火材料的经验。耐火材料主要还是硅酸铝质，占耐火材料总量的85%以上，高铝质和不定形耐火材料也逐年上升。八十年代以来，钢铁工业产品不断涌现，到现在为止，盛钢桶桶衬仍使用硅酸铝质。鞍钢所用的盛钢桶内衬A120，大于45%，上钢也用粘土或高铝砖，美国、日本也有不少用高铝砖的，使用达100次以上。我国一级烧高铝砖寿命达31--47次。焦炉用粘土砖与日本同类产品质量相似。我国自制的莫来石板，耐侵蚀、无裂纹、光滑度，不粘渣等，均优于不烧高铝砖，我国研制的鱼雷包用的莫来石砖超过了日本标准指标。莫来石质塞头砖，钢厂使用稳定在四小时以上。

近20年来，硅酸盐铝质耐火材料向优质高效方向迈进，粘土硅在逐年下降，高铝制品逐年上升，普通粘土砖总量虽有下降趋势，但在工业窑炉及热工设备上的作用并没降低，钢铁工业的炉缸、炉腰、炉腹等部，大量用莫来石质或刚玉砖，高炉的主要部位炉身上一般也仍用普通粘土砖或高铝砖，日本高炉用粘土砖的三氧化二铝由38%提到42%以上，显气孔率由20%降至10%，耐压强度提高一倍以上。苏联用的高密度粘±砖或高岭土砖，寿命达lO年以上，美国中型高炉壁也仍用致密粘土或高铝砖。西德、法国、美国、意大利等国高炉，也都使用粘土砖和高铝砖。

各国热风炉绝大部分用硅酸铝质耐火材料，风温低于900℃时，一般用普通粘土砖：风温在900-1100℃时，炉衬和格子砖用高铝砖，莫来石砖或硅线石砖；风温高1100℃时，一般用高铝砖，莫来石砖作炉衬和格子砖。美国热风炉有半硅质、粘土质、高铝质及莫来石质砖等。

为适应近代技术的发展，耐火材料也面临着一个新发展，这就要求耐火材料应用化学纯度高的原料，使制品具有致密度大，耐温度急变，在真空和各种气氛中能耐熔融金属的侵蚀作用，以及高温机械强度高，能抵抗蠕变等性能。

目前发展的特殊耐火材料分为两大系列。第一是纯氧化物特殊耐火材料，以氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆、氧化铀、氧化镁、氧化铈、氧化钍等为原料制成，第二系列为人工合成的碳化物，硅化物，硼化物，氮化物这类难熔化合物以及金属一陶瓷复合材料制成的特殊耐火材料。纯氧化物制品不但具有很高的耐火度和致密度，而且还有很高的高温结构强度，良好的热震稳定性和化学稳定性。因此，他们越来越广泛地被用来砌筑各种高温炉、火箭燃烧室、喷咀内衬、制成冶炼各种重要贵金属和合金的坩埚，并用以作为原子反应堆材料。

但是，这类材料的优异性能，往往因熔炼物料的类型、使用周围的气氛、与之接触的其它材料等这些因素而产生变化，所以要根据实际情况分别选择。碳化物、硅化物、硼化物、氮化物等化合物都具有难熔的特点，它们的熔点从2000℃几乎达到4000℃，这些化合物具有金属的特性，如金属光泽、随温度升高导电性减少、相当高的导电性等。此外，这些化合物带有很高的硬度，能用于切削技术，有很高的高温机械强度和高的热稳定性与化学稳定性。因此，这类特殊耐火材料大部分被运用在涡轮机、喷气技术和原子能设备之中2。

未来发展趋势发展优质硅酸铝耐火材料的基础是优质硅酸铝耐火原料，近年来国外对硅酸铝耐火材料质量要求精益求精，在选矿、提纯、合成工艺、煅烧技术等方面做了大量的研究，原料纯度提高，烧结程度改善，成分结构均匀，性能稳定，为发展优质高纯高效制品提供了基础。研究发展新型轻质硅酸铝耐火材料和不定形硅酸铝耐火材料是今后硅酸铝耐火材料发展的一个重点。近几十年来，不定形硅酸铝耐火材料的迅速发展及其使用范围的扩大是硅酸铝耐火材料生产上的一大突破。这种材料的特点是生产流程简化，烧成工序简单，节省能源，便于施工，能适应各种复杂的炉体结构要求。

当前我国应进一步巩固和发展多品种不定形耐火材料，扩大使用范围和提高使用效果。今后发展的趋势是：天然硅酸铝耐火原料使用比例逐渐下降，而经过选矿与合成的高纯度、高密度和质量均匀的硅酸铝耐火原料比例不断提高。硅酸铝耐火材料的综合消耗(耐火材料用量与瓷产量的比值)的不断降低，是硅酸铝耐火材料发展的重要标志。近年来，国外硅酸铝耐火材料发展的一个重要特征就是综合消耗大幅度下降。当前硅酸铝耐火材料品种发展的趋向是一部分传统的烧成砖向高温、超高温的直接结合砖和再结合砖发展，另一部分正在逐步为完全不需烧成、能耗小的不定形硅酸铝耐火材料和硅酸铝耐火纤维材料所代替。为使直接结合和再结合砖向更高纯度、更高密度和更好的组织结构发展，在生产上采取了选矿提纯、二次煅烧、高压成球、人工合成以及高压成形和高温烧成等新工艺。不定型硅酸铝耐火材料除了已有材质、品种外，目前正向高温领域发展。硅酸铝耐火纤维也在向扩大品种并向高温使用领域(在1600℃以上工业窑炉使用)的方向发展3。