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免烧耐火材料的优点、特点和要求


 

从是否烧结角度来看,耐火材料可分为烧成耐火材料和免烧耐火材料。免烧制品的其它工艺虽然与定形耐火材料相同,但是从原料组成、结合剂和添加剂的使用来看,免烧耐火材料均与不定型耐火材料基本相同。

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免烧耐火材料的优点:

 

免烧耐火材料由于少了烧制成型的高耗能环节,直接出厂投入使用。相比于传统定型耐火制品,其优点较为突出。具体如下:

 

1)相比于传统定型耐火材料生产工艺简单。免烧制品既可以免于烧成,简化生产步骤,又可以大大提高产品的成品率;

 

2) 节能减排,对环境有利。传统耐火材料行业一直属于高耗能、高污染行业,烧成耐火制品烧成温度高,且烧制过程排放的废气严重污染环境。免烧制品在高温使用过程中可实现对材料的烧结,节约了能源;

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3) 容易制取界面复合及梯度的耐火制品。用适当的结合剂,免烧耐火制品可实现将不同材质、不同结构和热性能的材料结合在一起。如生成水泥熟料的回转窑用高铝复合制品,既一端是重质的工作层,另一端是轻质的隔热层;

4) 免烧制品的性能相比传统烧成制品较好。其制备过程少了烧制成型这一环节,对原料颗粒搭配,结合剂和添加剂的选择要求较高,高温使用过程中性能优于传统耐火制品。

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免烧耐火材料的特点和要求:

 

免烧耐火材料虽然操作工艺简单,但为满足其高温实用性能,对原料及其颗粒级配、结合剂和添加剂的选择均有一定要求,主要反映在以下方面。

 

1)免烧耐火材料在使用过程中热端直接接触高温,温度较高,冷端朝外温度较低,冷端热端由于温度差异,以及材料内部之间受热微观结构的变化会产生热应力和结构应力,降低材料的高温性能。因此原料需煅烧较好,或直接采用电熔制备,以保证原料有较大的致密度和较高纯度,使用过程中体积变化较小;骨料和细粉之间的颗粒搭配需均匀致密,成型需采用较大压力使材料更加致密。

 

2)免烧耐火材料的结合剂必须保证其常温下能够发生硬化且有一定强度,要求其常温耐压强度不低于40MPa,且不会产生低温共熔相降低材料的高温性能。

 

3)免烧耐火材料的添加剂可辅助结合剂,用于提升制品的中、高温强度,在改善耐火材料性能的同时,须避免产生低温共熔相。

 

在我国的无铬化进程中,国内一些大型钢厂以方镁石-尖晶石免烧材料逐步替代烧成的镁铬制品或烧成方镁石-尖晶石制品,取得了较好的使用结果。免烧制品生产原料与烧成制品相似,以烧结镁砂和镁铝尖晶石为主。相比方镁石-尖晶石烧成制品,方镁石-尖晶石免烧制品不用经过高温处理,大大节约能源,减小了对环境的污染。

 

在方镁石-尖晶石质免烧耐火材料无机结合体系中,中高温性能相对薄弱。因此考虑加入一定的金属添加剂提高其中高温强度和高温使用性能。金属中高温生成的非氧化物一般强度较高,可有效的增强材料的强度;生成的化合物可阻塞气孔,降低材料的气孔率和透气度;且可与骨料及基质之间反应生成新的物相,有利于材料烧结更加致密。

 

一般来说,为保证免烧制品在结合剂分解后的强度,会在原料中加入一定量的添加剂金属Al粉形成金属的塑性结合。Al在氧化后的Al2O3与镁砂原位生成尖晶石产生的陶瓷结合,在显微结构上形成更多的方镁石-铝镁尖晶石及方镁石一方镁石的晶间结合,这种直接结合类型的材料比传统硅酸盐结合材料有更优越的高温性能;另一方面,Al在高温下生成的非氧化物甚至一些晶须,改变了材料的显微结构,使其结构致密化,封闭了部分开气孔,从而提高尖晶石材料性能。


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