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建陶行业:耐火材料之现状与节能
 
已阅:1409  2014-12-02 11:09:48
耐火材料是硅酸盐学科的一个分支,硅酸盐材料一般分为:水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料。而耐火材料从使用的角度来分又可分为:冶金工业用耐火材料、水泥行业用耐火材料、玻璃行业用耐火材料和其他耐火材料。其中陶瓷用耐火材料归为其他耐火材料,建筑卫生陶瓷属于陶瓷的一个分支,因而建筑卫生陶瓷用耐火材料理所当然的归为其他用耐火材料一类了。理论上讲,耐火材料又有定型耐火材料和不定型耐火材料之分,但一般不定型耐火材料多用于水泥、冶金窑炉,而玻璃行业和陶瓷行业用量不大,因而我们在讨论陶瓷用耐火材料的时候习惯性不讨论不定型耐火材料,但要强调的是,不定型耐火材料尤其是耐火骨料、耐火浇注料和耐火材料的胶凝剂等对部分陶瓷窑炉的施工起到不可估量的作用,不讨论不是不重视而是为了更好的重视,有可能的话笔者会对陶瓷行业的不定型耐火材料和体系专门进行讨论。
1、建筑卫生陶瓷行业
用耐火材料的组成体系
建筑卫生陶瓷行业包括建筑陶瓷、卫生陶瓷、原辅材料(釉料、熔块、色釉料等),其所用的耐火材料千差万别,有效的归类这些耐火材料从而进行讨论很为必要。一般而言,不固定的区分窑炉而从耐火材料的材质方面进行讨论比较好入手,本文亦是遵从这一原则来进行建筑卫生陶瓷用耐火材料的讨论。
建筑卫生陶瓷用耐材有窑炉用耐材和窑车用耐材及其他耐材。
窑炉用耐材包括窑炉的墙体和萱顶,一般分内外三层,内层为轻质保温棉、毡、板等,中层为重质或轻质保温砖,外层以红砖或低温保温砖为主。内层的轻质保温层近几年发展比较迅速,以低温莫来石纤维为主,兼顾了高温莫来石纤维、高铝莫来石纤维、含锆莫来石纤维等,温度从1200℃~1600℃的各个体系。在纤维制成工艺上采用了拉丝、甩丝、喷吹等工艺。内层也有用轻质莫来石、高铝等轻质砖或者板,以轻质氧化铝、莫来石等空心球砖为主体。中层的重质材料仍然采用低铝高硅、高铝低硅、莫来石与堇青石、焦宝石与莫来石等材料制成的重质材料为主。外层的低温耐火材料主要以铝矾土、焦宝石、粘土等制作而成,相对铝含量偏低,耐温性能较差但价格较低。
窑车用耐火材料有窑车面、窑车支架、承烧板、匣钵等,除过组成窑车的基本架构面材料外,其余的材料统称为窑具材料。窑车用耐火材料和窑炉的墙体材料基本相同。窑具材料根据不同的情况有莫来石、高铝莫来石、堇青石、莫来石—堇青石、SiC、氧化物结合碳化硅、氮化硅结合碳化硅等。除过上述材料外,现代陶瓷窑炉不能忽略的是辊道窑的陶瓷棍棒,现在的陶瓷棍棒有氧化铝质、石英质、氮化硅质、渗硅碳化硅质、再结晶碳化硅质、氮化硅结合碳化硅质等。建筑卫生陶瓷辊道窑所用的棍棒以高铝质为主。
2、各种耐火材料的发展过程和现状分析
2.1、轻质耐火材料
轻质耐火材料是指气孔率高、体积密度小、热导率低的耐火材料。在工业窑炉和其他热工设备上用作隔热材料。与一般耐火砖比较,抗渣蚀性、力学强度、耐磨损性较差,高温下体积收缩较大等。有多种分类方法:
①按体积密度分类。体积密度在 0.3~1.3克/厘米3的为轻质砖;低于 0.3克/厘米3的为超轻质砖。
②按使用温度分类。使用温度600~900℃为低温隔热材料;900~1200℃为中温隔热材料;超过1200℃的为高温隔热材料。
③按制品形状分类。一种是定形的轻质耐火砖,包括粘土质、高铝质、硅质以及某些纯氧化物轻质砖等;另一种是不定形轻质耐火材料,如轻质耐火混凝土等。
轻质耐火材料在现代陶瓷窑炉中应用最为广泛,主要因为其质轻、施工方便等特点,操作起来比较容易。建筑卫生陶瓷隧道窑、辊道窑、和其它陶瓷行业常用的推板窑等一些长形窑炉,由于有预热带、烧成带、保温带、冷却带等,根据不同段的不同温度合理使用轻质耐火材料对窑炉的节能尤其重要。
轻质耐火材料近几年发展迅速,尤其以轻质莫来石砖、高铝莫来石砖、莫来石纤维和高铝莫来石纤维等发展较快,为建筑卫生陶瓷的窑炉节能提供了必要的材料保障。
轻质耐火材料最早以轻质粘土砖为主,由于耐温性能有限,只能用到温度比较低的窑炉内使用,上世纪九十年代后期莫来石、氧化铝熔融喷吹技术逐渐成熟从而开发了空心球砖,近几年来耐火材料发泡工艺的成熟又开发了发泡型轻质耐火材料,使耐火材料的热导率大大降低,形成了隔热性轻质耐火材料。本世纪初,耐火纤维技术发展较快,耐火纤维的压成板、毡等定型材料工艺逐步完善且耐火纤维的温度不断提高,形成了目前的耐火纤维隔热材料系列产品。
2.2、重质耐火材料
重质耐火保温砖基本有以下几个品种:
1.酸性砖:硅砖(SiO2),耐火粘土砖(SiO2+Al2O3)
2.中性砖:高铝砖,铬砖(Cr2O3+Al2O3,MgO,FeO)
3.碱性砖:镁砖,铬镁砖,白云石砖
4.特种砖:尖晶石砖,锆英石砖,氧化锆砖,碳砖,碳化硅砖,其他砖。
陶瓷窑炉最早用耐火材料以重质砖为主,随着轻质隔热耐火材料的不断完善,重质砖基本上在建筑卫生陶瓷的隧道窑、轨道窑等除非有特殊需求外不再使用。而在耐腐蚀的窑炉如熔块窑、做色料的梭式窑、回转窑等领域仍然使用重质耐火材料。目的是为了不至于掉渣、抗腐蚀强度好。特别是熔块窑,物料直接和耐火材料接触,更应该谨慎选择重质耐火材料,尤其是材质、密度和导热系数等。这类窑炉的特点恰恰和隧道窑、轨道窑相反,一般重质耐火材料在内层而重质耐火材料和保温材料在中外层。
重质耐火材料的发展是随着我国的冶金工业发展而发展的,第一次大力发展起始于上世纪五十年代,得益于前苏联对我国钢铁工业的扶持。第二次大力发展在上世纪九十年代,随着改革开放和市场经济的繁荣,我国的钢铁企业迅速发展和其他冶金的进步重质耐火材料也得到了高速发展。陶瓷窑炉用重质耐火材料与玻璃工业类似,主要以酸性砖、中性砖和部分特种砖为主,选砖的依据主要根据窑炉的烧成温度、气氛和熔融材料的腐蚀性、酸碱性等决定。
 
 

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