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节能型耐火材料都有哪些?

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节能型耐火材料都有哪些?

发布日期:2017-09-22 00:00 来源:http://www.bjsuoxin.com 点击:

 耐火材料是高温工业的重要基础材料。在全球大力提倡环境保护和发展低碳经济的形势下,发展节能环保和生态友好型耐火材料势在必行。

    耐火材料的主要用户和耐火材料工业自身均为高耗能产业,是节能减排的重点对象。节能型耐材是极具发展活力的一种绿色耐火材料,应注重发展不定形耐火材料、节能型原料、高性能轻质骨料和制品以及不烧砖等。
    推广不定形耐材 重视“四化”发展与烧成的定形耐火制品相比,不定形耐火材料可以不经成形和烧成而直接使用,从制备到施工的综合能耗低是其诸多优点中最突出的,因而不定形耐火材料在世界各国都得到迅猛发展。其在整个耐材中所占的比例,已成为衡量耐材行业技术发展水平的重要标志。作为耐材技术领先的国家,日本目前不定形耐材产量占整个耐材的比例超过65%;美国和欧洲多国也都达到50%。2009年,我国不定形耐材产量占总产量的34.3%。由此可见,我国不定形耐材的发展空间还很大,大力开发新品种、增强性能、稳定质量并提高其应用水平是今后努力的方向。
    不定形耐火材料无须烧成,即使是预制件也只须在较低温度热处理即可,符合低碳经济和绿色耐火材料理念。提高不定形耐材的比例,有助于减少煤耗和碳排放。为促进不定形耐火材料的推广应用,应重视“四化”,即预制件化、高性能化、用户友好化和使用环节高效化。
    预制件化:近年来,用浇注料做成的各种预制件呈现用量增加的趋势,其无须在现场浇注施工,只须拼装组合,使筑衬简化,为用户节省了大量时间,施工不受环境条件或季节条件的限制。采用浇注料可以制成各种大小不同、形状各异的预制件,适合制作机压成形难以实现的大型和异型构件。预制块到现场无须长时间烘烤就可投用,而且对烘烤条件没有苛刻的要求,使用更加方便。
    近年来,钢包工作衬越来越多采用预制块或不烧砖,高炉风口、陶瓷燃烧器采用浇注成形的预制件,中小高炉出铁沟采用储铁式预制件,加热炉采用预制件炉顶和烧嘴,国外甚至有浇注滑板等。这都说明预制件的应用日益广泛。而鱼雷罐、铁水包、混铁炉等砖砌衬也可以采用预制件。
    高性能化:加大开发高技术含量、高附加值的不定形耐材是其进一步推广应用的关键。氧化物-非氧化物复合的耐火制品是当今耐材研发的热点之一。目前,氧化物-非氧化物复合制品的制备系定形制品工艺途径,烧成时控制气氛。此法工艺复杂,设备投资较大,且难以满足生产大型、异型制品的要求。就成形本身而言,振动法比机压法更为合理。因为振动法便于使颗粒发生一定的重排而趋于紧密堆积,从而在较小的外力下达到致密化。采用浇注成形方法不仅可以获得紧密堆积,而且拌和料中加入的水挥发后,形成气孔通道,有利于气相参与的碳化/氮化原位反应进行,有利于提高非氧化物转化率,得到非氧化物网络发育较好、结构更合理的复合材料。因此,用浇注成形方法制备原位非氧化物复合功能性耐材,是不定形耐材实现功能化、高性能化的重要途径。
    有关研究在浇注料预制件碳化/氮化改性上做了尝试,结果证明通过原位氮化生成Sialon增强相,可增强SiC基超低水泥浇注料冷态和热态强度。碳化硅浇注料经过氮化处理后,显微结构得到改善,基质区域发生原位反应,生成了Sialon相。经1420℃氮化处理后的碳化硅浇注料冷、热态强度均显著增强,1200℃~1400℃下的热态抗折强度可达50兆帕左右。
    用户友好和使用环节高效化:不定形耐材的施工、养护、烘烤、监测、维护、解体等使用环节的难易影响其被接受的程度。发展高效乃至自动化施工手段,采用快速养护、快速烘烤甚至免烘烤,机器人监测、维护和高效解体等,十分必要。 提高浇注料施工效率的举措有:在混料时添加粉尘抑制剂解决恶化环境、施工延误问题;通过减少物料润湿时间和添加剂起作用时间来加快混料;尽量缩短甚至去掉养护时间,实现快速烘烤或免烘烤,减少烘烤过程中各温度段的保温时间。
    国外研究出一种定量研究浇注料烘烤行为的模型,通过内置探针在线检测浇注料在烘烤过程中内部不同区域的温度和压强变化。研究结果表明,浇注料试样自热面向里,出现最高温度和最大压强的位置和时间并不同步。这种对浇注料实际烘烤行为的定量模拟可用于优化制定安全且合理的烘烤制度,值得关注。  
    有关文献介绍了一种更适于小型或间歇性施工的新型干式喷射料。其克服了传统干式喷射料附着率低、粉尘大等缺点,施工体性能达到湿式喷射施工的水平,且不易爆裂,设备投资和维护费用亦可大幅减小。此新型干式喷射料已成功应用于垃圾焚烧炉筑衬和钢包沿的喷补。
    天然原料直接应用有助于节能
    将某些天然原料不经煅烧或仅经低温轻烧后直接添加到特定体系的不定形耐材中,一方面可以节省生料煅烧成熟料花费的大量能耗,另一方面还可以利用天然原料在制品使用中发生的原位反应起到改善浇注料某些性能的作用。
    天然原料受热后因发生物理化学变化而导致体积不稳,因此在生产烧成制品时,所用原料尤其是骨料大多都要经预先高温煅烧。不定形耐材是多组分、多物相的非均质体系。与烧成的定形耐火制品的明显不同在于:在使用前,不定形耐材的基质处于未反应的远离平衡态状态;当使用时在高温和时间的驱动下,基质的各组分将遵循相平衡关系趋于达到平衡;若控制得当,可形成有利于改善使用性能的产物。
    有关研究发现,高铝矾土生料加入量为10%时对浇注料的性能影响不大,而加入高岭土生料后,增强了浇注料的热态强度和热震稳定性。可见,利用我国较丰富的高铝矾土、硬质黏土、煤矸石、红柱石等天然原料,不经煅烧直接添加到Al2O3-SiO2系浇注料中,不仅可以节省煅烧成熟料所花费的大量能耗,而且还可起到增强某些性能的作用。但如何控制好生料在加热过程中的反应并加以利用来增强浇注料的某些性能(如抗爆性、热态强度、热震稳定性等)仍需要大量的科研工作。
    高性能轻质耐材应为研发重点
    轻质隔热耐材的应用是实现工业窑炉节能的有效措施。解决传统轻质耐材强度低、使用温度不够高、隔热效率和抗腐蚀介质侵蚀性不够好等不足,对节能有重要作用。
    目前的工业炉通常采用诸多保温衬材,存在易粉化、易挤压变形且使用温度有限、强度低、砖缝多、整体性不好等问题。因此,具有特殊结构和高性能的新型轻质合成原料(如微孔轻质骨料、高强莫来石中空球等)以及以此为原料开发的高性能轻质不定形耐火材料成为研发热点。
    高性能合成轻质原料:近年来微孔轻质骨料的问世和应用值得关注。根据传热学的原理,轻质料的“微孔化”是实现高隔热性和高强度的有效途径。气孔以微细化、球形化和闭孔化为最佳,可以大幅降低材料内部的对流传热效果,从而起到更好的隔热和保温作用。
    高性能轻质浇注料:轻质耐材按使用温度的不同可分三个级别:普通类级别的使用温度通常低于1200℃,原料来源丰富、价格低廉。高级别的使用温度通常高于1500℃,主要使用如氧化铝、氧化锆这类高纯氧化物经电熔喷吹制得的空心球作为骨料。这类材料具有使用温度高的优点,但价格昂贵、强度低、难以广泛应用。相对而言,满足1200℃~1500℃用的轻质耐火材料的发展则较为缓慢。目前该温度范围的工业窑炉和热工设备的背衬大都使用定形制品,存在整体性不好、强度低、施工效率不够高等不足。考虑到莫来石材料具有较低的导热系数、低的热膨胀性和优良的高温性能,可采用铝硅系起始物料,合成轻质莫来石骨料如莫来石中空球、微孔莫来石骨料,并以其制备使用温度在1200~1500℃、强度高、隔热性良好的轻质耐火材料,将在节能减耗、实现窑炉结构轻型化和简化方面大有作为。


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