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轻质耐火骨料的发展现状和未来趋势

来源:编辑:发布时间:2020/4/24

不定形耐火材料发展迅速,设备投入少,效率高,生产简单,炉衬气密性与整体性好,易于修补。而在发达国家,不定形耐火材料在整个耐火材料领域中比例已在50%以上,甚至达到60~70%。不定形耐火材料轻质化、隔热节能高效化和高寿命化后,即可部分取代某些定形隔热制品,甚至还能取代某些非承重部位的致密耐火材料,即是发展轻质耐火浇注料。轻质耐火浇注料由轻骨料、粉料、外加剂及结合剂配制而成,轻骨料一般在60%以上。因此轻骨料的性能优劣将直接对轻质耐火浇注料的整体性能产生影响。

1. 轻质耐火骨料的生产方法
耐火材料行业内目前一般通过以下两种方法得到轻骨料:
(1)破碎隔热耐火砖切割下来的边角料或残次废品;
(2)耐火粉料增孔配料后压坯,高温煅烧后破碎;
(3)增孔配料后造粒成球,高温煅烧后直接获得轻骨料。

现有的轻骨料一般孔径较大、耐火度较低和产量较小,山国强等人通过添加无烟煤为造孔剂的方法,以硅石粉、工业氧化铝为主要原料,制备了一种轻质微孔莫来石骨料。汪雷等人以矾土生料、苏州高岭土、蓝晶石和膨胀珍珠岩为主要原料,合成了一种轻质莫来石。

2. 高性能微孔耐火骨料研究进展
由于冶金工业中要求耐火材料隔热性能好、容重轻和强度高,还要求材料能承受气氛介质的作用,但是目前使用的轻质材料大多数的适用温度较低或材料的强度较低,很难满足使用要求。因此,开发耐高温、强度高、抗侵蚀性好的隔热耐火材料必然是解决这些问题的研究方向之一。目前对六铝酸钙、钙长石、微孔尖晶石和微孔矾土都有相关报导。

六铝酸钙具有一系列优良性能,是一种新型的耐火原料,又称为叫博耐特,在铝酸钙体系中Al2O3的含量最高,其熔点高达1875℃,能使用在温度>1350℃的隔热区域,且其能在较大范围内和含Fe2O3的熔渣形成固溶体,抗化学侵蚀性在碱性环境中好、稳定度在还原气氛中高、膨胀系数与Al2O3接近;六铝酸钙主要结晶区范围大,其溶解性在几种多元系中都较低。

乌克兰Vladimir通过在传统工艺中添加造孔剂制备了一种体积密度在1.2~1.3g/cm3、孔径在1~5μm,晶粒尺寸在4~8μm、耐压强度在5.5~7Mpa、650℃时热导率在0.32~0.34W/m•k的超低导热率的CA6多孔隔热材料。美国Alcoa公司采用烧结法制备了一种孔径在l-6μm、片状晶体厚度<100nm、径向尺寸<5μm、热导率很低的板片状高纯微孔六铝酸钙轻骨料(SLA-92),骨料的性能指标如表1所示。

表1SLA-92典型指标

陈荣荣等以密度为2.82g/cm3的刚玉-尖晶石轻骨料制备了一种抗渣性略差于普通铝尖晶石质浇注料,热导率明显降低的钢包用铝尖晶石浇注料。

彭从华、李楠等以一种平均孔径为3.8μm、显气孔率为25%、体积密度为2.9g/cm3的微孔刚玉制备了一种刚玉质浇注料,所用骨料孔径如图3所示,原料化学成分如表3所示。与使用板状刚玉时对比,其抗渗透性能略差,但抗侵蚀性能无明显降低。

彭从华、李楠等以一种平均孔径为6μm(孔径分布如图4)、显气孔率为18.1%、体积密度为2.96g/cm3、热导率小、弹性模量低的微孔富镁尖晶石骨料为原料,制备了一种热导率低、抗剥落性好的高强度低碳MgO-C砖;研究发现微孔轻骨料中的尖晶石被熔渣中的SiO2和CaO等侵蚀后进入熔渣中,侵蚀速率为3.5mm/h,因此发现降低骨料中微孔的孔径尺寸能提高碳砖的抗侵蚀性能。

鄢文、李楠等以一种平均孔径为3.58μm、显气孔率为36.0%、体积密度为2.33g/cm3的轻质刚玉-尖晶石为原料制备了浇注料。其研究结果表明,加入的镁砂细粉与轻骨料中富余氧化铝可以原位反应生成尖晶石,原位反应改变了试样中孔隙率和孔径大小,最终影响了抗渣性能。

日本的冨谷尚士等采用一种显气孔率为3.2%、体积密度为3.36g/cm3的轻质氧化铝骨料为原料制备了一种钢包内衬用高性能轻质Al2O3-MgO-C砖,发现与电熔Al2O3骨料相比,所制备砖的抗侵蚀性和膨胀性热无明显影响,但质量减少10%,300-600℃导热系数降低约10%。
 
图3微孔刚玉的孔径分布
 

图4微孔富镁尖晶石骨料的孔径分布

方义能等以低品位矾土尾矿为主要原料,利用聚合物原位分解法制备了一种轻质多孔矾土骨料,所制备的骨料体积密度很低,且显气孔率高达50%以上。

杜博等采用不同铝源制备了一种显气孔率低于5%、体积密度在3.2~3.5g·cm-3之间、平均孔径在0.5~1μm之间,热导率800℃时比板状刚玉小25%~42%的轻量微孔刚玉骨料。
来源:耐材百科

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