不定型耐火材料综述不定形耐火材料的应用及发展.docx

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不定型耐火材料综述不定形耐火材料的应用及发展

不定形耐火材料的应用及发展

摘要：

耐火材料的选取因素，除价格之外，还需考试以下因素：

较长的使用寿命；较好的保温效果；较简易的砌筑方式和较快的砌筑速度；维修速度快。

耐火喷涂料的使用经验证明其具有以上优点，使用企业节能降耗、挖潜增效明显。

本文论述新型不定形耐火材料发展、开发、应用及显著的社会经济效益。

关键词：

耐火喷涂料；消耗；故障率；选择维护

一、引言

不定形耐火材料又称散装耐火材料，由散装颗粒及细粉组成，使用前无需烧成也无需成形。

它可以根据需要，灵活地改变材料的组成性质和工艺，如耐火材料的成份和粒度;结合剂的种类及添加量;外加剂（如增塑剂、促硬剂、缓硬剂、减水剂等）的选择和调节和施工方法（浇注、捣打、喷涂、投射、可塑施工等）的多样化，使耐火材料的砖体形状向大形化、异形化和整体化结构发展了一大步，被称为第二代耐火材料。

不定形耐火材料是高温窑炉工业耐火内衬技术应用中的重要基础材料之一。

耐火浇注料是不定型耐火材料中的重要一种，它的重要特点是供货周期短，不受设备形状限制，不经预先煅烧、松散状混合物配以相适应的锚固件现场成型烘烤后即可直接使用的耐火材料。

用耐火浇注料可做成无接缝的衬体，亦称整体耐火材料。

高铝质浇注料、高铝低水泥浇注料、钢纤维耐磨浇注料、刚玉质浇注料等不定形耐火材料在水泥窑的内衬设计中得到了广泛的应用，多年来运行于不同部位的热工设备的耐火层。

近几年，不定形耐火材料不断发展，许多耐火材料企业研发出新产品。

随着水泥窑产量的不断增大，新设备的应用，建窑时间短，有些特定的部位，内衬磨损非常严重，为满足生产需要，在水泥窑内衬设计中开发研制了浇注料预制块。

依据不同的工艺要求在不同的部位，不定形耐火材料与浇注料预制块配合使用，更适应水泥窑炉生产需要。

而我国耐火材料的消耗量仍维持在先进国家20世纪70年代的水平[1]。

二、不定型耐火材料必备的性能

采用高纯度原料配制的不定形耐火材料制品，目前使用温度已达到1900℃以上，在较低温度下使用的不定形耐火材料品种已经普遍应用。

不定形耐火材料采用现场施工或整体施工，不经过中间烧成，不会引起变形，因而施工质量保证，成品率高，耐火构件容易达到预期的结构要求，有利于延长构件的使用寿命。

不定形耐火材料的耐火结构是整体的，没有砌缝，因此能避免因砖缝造成的缺陷，不易受火焰或高温气体、液体的侵蚀。

在温度变化时，整体结构比砖砌体更均匀传布，可以减小由热应力产生的结构损伤，比砖砌结构有更高的抗热震稳定性。

不定形耐火材料构筑的窑炉衬，当局部蚀损室50一60m/m时，由于炉衬是整体的，所以不会出现邻近未遭蚀损的炉衬的自然脱落现象，即使使用铝酸钙—刚玉质耐火炉衬，只要保证外壁钢壳的冷却，50一601n/m的炉衬仍很耐用。

不定形耐火材料的施工不但在新衬时非常简便，在使用一段时间以后，还可再用它来修补损坏的部位，不需将旧衬完全打掉，延长使用周期。

与普通耐火材料相比，采用不定形耐火材料的成本降低35%左右。

不定形耐火材料适合于不规则异形构件的施工，适合于高精度构件的制造，它对科研及高精尖端耐火构件有特殊意义。

不定形耐火材料的结合剂选择、耐火骨料的材质和粒度级配都可根据使用要求，再加减水剂、促硬剂、缓硬剂、升温硬结剂等外加剂应用于不定形耐火材料的调配，使产品系列化和多样化，适合不同施工方法的特殊要求。

为更好地服务于水泥窑的生产需求，促进我国不定形耐火材料的应用推广，需注重提高不定形耐火材料以下几个主要方面的应用性能。

2.1不定型耐火材料的选取方法

在预分解窑炉中，不定型耐火材料既要承受窑内硫、碱、氯等有害成分的侵蚀，又要达到高强耐磨的要求，同时必须具备较好的热震稳定性。

由于原燃材料各异，不同的设计院设计的窑型不同，对于这种消耗性材料，各家企业都需选取一种最适合本窑的不定型耐火材料。

耐火材料的选取影响因素很多，除了价格因素外，通常需要考虑较长的使用寿命；较好的保温效果；较简易的砌筑方式和较快的砌筑速度；维修速度[2]。

2.2耐磨蚀性好、耐侵蚀性高

新技术新装备在水泥工业的不断应用，对运行于热工设备的耐火内衬提出了更高的要求。

近几年新型的第四代篦冷机已被广泛应用于水泥窑的生产，第四代篦冷机节能、降耗、冷却效率高；篦床的运动行程比第三代要大得多，在此部位的内衬会被高温运动的物料拉出许多沟槽，磨损严重。

这就要求与其相接触的内衬具有高的耐磨蚀性。

在整个水泥回转窑煅烧系统中，使用替代燃料或劣质燃料，均会对耐火内衬产生许多的附加影响。

在国外，随着水泥技术的发展石油焦、塑料、动物杂碎、污水污泥、溶剂、有机废料等作为二次燃料或替代燃料使用，这的确是工艺上的进步，但由此也附带了一些负面的元素，如氯、硫、碱金属、溴、碘等也带进了燃烧系统中。

挥发性成分的浓度提高，导致了锈蚀和高温化学侵蚀的提高。

特别是逐步提高的替代燃料、劣质燃料的使用，垃圾焚烧窑的不断发展，水泥回转窑系统，部分热工设备的不定型耐火材料的窑衬对高温负荷和高温化学侵蚀的抵抗性已经成为人们关注的重点。

挥发性化合物，如氯、硫和碱，在窑内高温气体中发生反应，生成含硫酸盐和氯化盐的化合物。

这些气态或液态化合物在受热后经过工作衬、膨胀缝或裂缝侵入到衬体结构，通常在750℃到1100℃时发生结晶。

在水泥窑系统中不同的温度区域，耐磨层和绝热层会不同程度地遭受氯化物（KCl，NaCl）和碱化合物（K

2CO3、K2SO4、Na2SO4）等高温化学侵蚀，金属锚固件遭受高温气体腐蚀或硫酸盐和盐酸的化学腐蚀。

对水泥生产耐火内衬技术而言，我们必须不仅考虑到水分或液体腐蚀，而且更要考虑到高温气体化学侵蚀，以及硫浸和氯离子对不定形耐火材料的侵蚀作用。

生产实践表明在水泥回转窑的设备内部已有部分硫、氯沉积。

2.3烘烤性能好

随着低水泥浇注料的广泛应用，同时出现了这种浇注料在干燥加热过程中的剥落和炸裂问题。

在加热烘烤时在浇注料的内部产生较大的蒸汽压力，当蒸汽压力超过浇注料抗张强度时就会发生剥落和炸裂。

目前，解决浇注料的炸裂问题，

一种方法是采用合理的干燥烘烤制度，另一方法是在浇注料中加防炸裂剂，以增大硬化体的透气率，降低浇注料内部最大蒸汽压力值。

通常使用的添加剂为金属铝粉、乳酸铝和有机纤维等。

生产实际应用表明，现场施工的不定形耐火材料

的性能发挥和使用效果，在很大程度上取决于其施工和烘烤效果，当今，安全高效的烘烤技术的发展倍受关注，研发快速养护、快速烘烤甚至免烘烤的不定形

耐火材料，显得十分必要。

特别是对于老水泥厂改造，水泥窑系统中部分改造的设备，存在新的不定形内衬，当新老内衬共存时，由于新内衬养护、烘烤不到位

急于投料，使得浇注料内部的蒸汽压力超过浇注料抗张强度，而导致浇注料内衬的频繁炸裂，影响生产的正常进行。

使用新型胶结剂制备了浇注料,对比结果表明:

不定型耐火材料的质量和性能被提高。

分析了浇注料高温收缩的原因,并提出了改进方法[3]。

不定形耐火材料的施工、养护、烘烤、维护的难易，直接影响到其被用户接受的程度。

2.4不定型耐火材料的施工质量控制

近年来，为了提高耐火材料的强度，不少耐火材料生产企业均减少了铝酸盐水泥的用量，产品向低水泥型和超低水泥型发展。

低水泥型对水比较敏感，加水量必须严格控制。

往往在施工中，操作工人不理解水必须少的道理，以为水越多，流动性越好，浇注就越密实，施工单位为了尽快完成施工任务，多加水，少振动，这种概念是极其错误的，往往成为缩短使用周期的主要原因之一。

事实上，在浇注过程中，加水量必须严格加以限制，并适宜地强化振动。

不强化振动，水泥浆难以形成；过量的振动，将会导致颗粒的离析。

2.5不定型耐火材料的维护

耐火材料的使用在正常生产的过程中，只要耐火材料的耐火度、强度等指标符合生产要求，一般不会产生大的问题，而对耐火材料的使用寿命影响的关键在于开停窑的升降温控制。

这是最简单的热胀冷缩原理，只不过在水泥窑炉中，这个原理是宏观的。

如何减小开停窑对耐火材料的影响，这是每个水泥生产企业的工艺技术员都必须面对的问题。

窑的升温曲线是以窑尾烟室温度来制定的，日常操作中要避免温度的大起大落，并适当加长600～700℃温度段的保温时间，这样在完成烘烤窑的同时，也完成了对预热器系统的烘烤。

因为500～600℃是耐

火材料结合水脱水的温度范围，在此温度范围内如果耐火材料不能得到保温，耐火材料的结合水不能及时脱出，后期的水分蒸发会在耐火材料内部产生巨大的内应力，从而使耐火材料内部结构受到损坏，轻则影响耐火材料的使用寿命，重则会使耐火材料大面积剥落

[4]。

停窑时，必须确定停窑步骤，在每次止料后，停止高温风机运行，给系统一个自然冷却的时间，一般在4～5h左右，400～1100℃区间，必须保证8h以上，400℃以下可以快速冷却。

同时，在日常操作中，窑头罩必须保持微负压状态，根据经验控制在-20～-50Pa左右。

某水泥厂家曾对同一工况下正压和负压对耐火材料的影响作过对比，发现正压时耐火材料的使用寿命比负压时缩短三分之一以上。

鉴于此，水泥企业必须减少系统中漏风，在操作中，通过对风机的调节，加强系统的通风能力，保证系统的负压状态。

三、不定形耐火材料的应用

近年来，在工业发达国家，不定形耐火材料的产量已占耐火材料总产量的40%以上。

据统计，日本1985年耐火材料的总产量为199.74万吨，不定形耐火材料的产量已达86.82万吨，占总产量的43.5%，每年还在以1一2%的速度增长。

70年代，我国也开始了不定形耐火材料的研制，在生产纯铝酸钙水泥、刚玉质等高质量耐火骨料基础上发展起来，现已能生产各个工业部门所需的不定形耐火材料。

在国外，不但有不定形耐火材料的散装混合料供应市场，而且也有专门制造各种不定形耐火材料的构件或砌块制品加工厂。

一方面耐火材料的主要用户如钢铁、水泥、玻璃、有色金属等行业的技术发展对耐火材料提出了更高的质量和品种要求。

另一方面,这些行业在激烈的质量和价格竞争中,向耐火材料提出了严峻的降低吨产品耐火材料成本的要求,致使耐火材料企业要以更大的投入加快新的优质产品的开发与研究,以适应和满足这些行业的需求。

[5]

3.1浇注料预制块的特质

浇注料预制块只需在较低温度下热处理，是低碳和绿色耐火材料，是耐火内衬技术中的一个独特的技术。

可提高耐火内衬的使用性能，降低耐火材料消耗量，质量稳定、性能可靠。

我们知道在浇注料中加入钢纤维其目的是提高浇注料的机械性能，抑制裂纹的产生或在形成裂纹时限制其扩展。

图4是用钢纤维浇注料等耐火材料，应用特殊的工艺制成的浇注料预制块的样品图。

根据工艺部位及需要做成一定形状，脱模后依据其工况条件进行热处理。

浇注料预制块比通常的相应浇注料具有更佳的应用性能以及带来的施工优越性。

其主要特点在于：

（1）耐压强度高

与通常产品相比，浇注料预制块有较高的耐压强度，提高约2倍。

（2）抗热震性好

浇注料预制块的抗热震性能改进8～10倍。

（3）耐磨损性优

浇注料预制块的耐磨损性优于同材质的超低水泥浇注料。

（4）节省砌筑时间

无需现场浇注，无需支设与拆卸模具，无需施工机具。

成型件发往现场，只需现场安装组合，方便快捷。

大量减少了现场施工工序时间，而且质量稳定，不受现场施工条件和人为因素限制，由供货方对生产提供有效保证。

（5）节省养护、烘烤时间

在交货时已在供货方提前完成了浇注、养护、干燥和烘烤各个环节，节省了大量的养护、烘烤过程时间，有效地解决了现场急于点火快速升温而导致的浇

注料料炸裂问题，方便用户使用。

（6）不受环境温度限制

水泥窑在世界范围内不同国家、不同季节，温差范围较大。

现场施工时，有的国家高温达43℃～48℃，而有的国家低温可达零下30℃以下。

我国从南方到北方温差也较大，而浇注料的施工受环境温度的限制，在温度出现过度波动时，为使施工正常进行，保证施工质量，均需采用适当的人工控制措施。

浇注料预制块可在任意环境下安装。

（7）便于更换拆装

在实际生产中更换非常方便，哪一块预制块损坏可直接更换损坏件，就象更换设备零件一样，可在很短的时间内完成更换，实现即时更换即时点火的愿望。

（8）更长的储存期

不定形耐火材料通常储存期较短，在干燥的条件，也只有几个月，而预制块则大大延长了储存期，预计可达几年。

（9）更长的使用寿命

不定形耐火材料的使用性能，受现场施工条件及人为因素影响较大，如加水量过大，其现场的实际表现为气孔率增大，强度降低，或振捣不到位引起强度降低等，影响使用寿命。

而预制块则克服了上述不足，预计寿命提高2～3倍，节省投资，节能环保。

美国的Whahl耐火材料供应商，通过系列的试验提出，预制块的抗冲击性方面比普通材料提高了10倍，耐磨损性优于相同级别的超低水泥材料。

目前我国有的耐火材料企业将浇注料提前预浇到窑口护板上，经低温烘烤后，发往现场，直接安装生产，使用寿命大于2年。

四、结论

大力发展不定形耐火材料，在特殊部位应用浇注料预制块，是不定形耐火材料施工和应用技术方面的进步，是水泥企业获得设备最大利用率的基本保证之一，也是不定形耐火材料生产企业获得更高经济效益产业链的延伸领域。

在开发不定形耐火材料的过程中，应看到它不同于传统耐火材料的生产模式，它具有多学科、高科技、跨学科和技术密集等特点。

原料供应、生产、施工和使用单位的密切配合，是开发和应用不定形耐火材料必备条件。

我国不定形耐火材料的产量到本世纪末预计将达到175万吨，即占耐火材料总产量的28%。

要实现这一目标，应解决好以下三个方面的问题。

4.1加强不定形耐火材料的生产管理和质量监控

杜绝假冒伪产品进入市场由于生产不定形耐火材料的工艺相对简单，无需庞大的压砖机和烧成热工设备，一些耐火材料小厂在缺乏生产技术的情况下土法生产，加之耐火材料市场的质量监控体系不健全，导致低劣产品进人市场，致使窑衬寿命缩短，甚至出现严重的使用事故。

这一现象必须坚决制止，才能使不定形耐火材料步人良性发展的轨道。

4.2改善不定形耐火材料的包装和储运

不定形耐火材料大多是实效性很强的耐火材料，在运输和存储过程中极易受潮变质，影响使用效果。

因此必须采取密封包装，存储的仓库应干燥、通风、不漏雨雪。

4.3加强不定形耐火材料应用技术的研究和开发

不定形耐火材料的使用效果在很大程度上取决于它的施工质量，只有认真施工，才能确保其达到应有的使用效果。

总之，不定型耐火材料的使用直接关系到一个水泥企业大窑的运转率，并直接影响企业的生产成本。

不定型耐火材料的选用实践经验证明：

如果能选择合适的耐火材料，并采取合理的工艺措施，对企业的节能降耗、挖潜增效会产生巨大的效果。

参考文献：

[1]谢克平.水泥新型干法生产精细操作与管理[M].北京：

化学工业出版社,2007.

[2]陆秉权,曾志明.新型干法水泥生产线耐火材料砌筑实用手册[M].北京:

中国建材工业出版社

[3]尹娈波,邵凤丽.不定型耐火材料的研究,[J].吉林建材，2002（4）：

31-32

[4]杨春秋,王景富.提高窑头罩耐火材料使用寿命的有效措施[J].四川水泥,2004（3）

[5]王兆敏.国内外耐火材料发展趋势国外建材科技2006（5）:

9

（注：

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