不定形耐火材料節(jié)能化的研究進(jìn)展初探

孫暉

（大連摩根耐火材料有限公司，遼寧大連116000）

0 引言

不定形耐火材料在我國冶金建材以及有色金屬等高溫服務(wù)工作中有著廣泛的應(yīng)用，其中大約有70%的材料用于鋼鐵的冶煉，17%用于建材行業(yè)，有色金屬行業(yè)的使用量占到了3%。在最近幾年的發(fā)展過程中，日美歐洲等一些發(fā)達(dá)國家，在鋼鐵材料的生產(chǎn)總量上沒有新的突破，但是印度巴西等國家在鋼鐵的總生產(chǎn)量上不斷上漲，全球范圍內(nèi)的鋼鐵材料生產(chǎn)總量呈現(xiàn)出全面上漲的趨勢。但是在其他材料的生產(chǎn)過程中，比如水泥、玻璃、有色金屬以及陶瓷的行業(yè)，在我國以及東南亞等地區(qū)發(fā)展速度非常迅速，工業(yè)爐是高溫工業(yè)生產(chǎn)過程中消耗能量較大的設(shè)備，該環(huán)節(jié)的能量消耗量占到了總能耗的40%～70%之間。比如，冶金爐就通過爐體的散熱損失占到了總供給熱量的15%～50%之間。由此可以看出，不定形耐火材料在實(shí)際的使用和生產(chǎn)過程中存在能源消耗較大等問題，需要提出相應(yīng)的節(jié)能化處理方法來有效實(shí)現(xiàn)不定形耐火材料的節(jié)能工作效果。

1 不定形耐火材料的使用發(fā)展?fàn)顩r

不定形耐火材料不需要預(yù)先進(jìn)行成型和燒制，已經(jīng)成為耐火材料當(dāng)中非常重要的構(gòu)成環(huán)節(jié)，我國在不定形耐火材料的技術(shù)研發(fā)上取得了非常明顯的成績，在不耐火材料的使用程度上越來越高，材料的基礎(chǔ)性能可以有效滿足國內(nèi)高溫產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)工作要求。但是隨著我國高溫工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，尤其是國家提出了高溫產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排的工作要求之后，不定形耐火材料的節(jié)能化工作是一項(xiàng)非常艱巨的工作任務(wù)，需要有效降低爐壁外部表面的熱量散失，通過提高爐壁的厚度，選用導(dǎo)熱率較小的保溫隔熱材料來加以應(yīng)用，有效提高不定形耐火材料的節(jié)能化工作效果。

2 不定形耐火原料節(jié)能措施分析

2.1 輕質(zhì)原料

當(dāng)前比較常見的多孔不定形耐火材料和多孔陶瓷的制備方式基本相同，主要的方法包含了添加造孔劑法、發(fā)泡法、凝膠注模法以及有機(jī)泡沫浸漬法等。在這些工作方法當(dāng)中會出現(xiàn)有機(jī)物分解產(chǎn)生有毒性氣體，整個工藝流程相對比較復(fù)雜，前期的經(jīng)濟(jì)成本投入量相對較大，同時還會出現(xiàn)材料的孔徑較大、強(qiáng)度偏低等問題。不定形耐火材料的輕質(zhì)化處理之后，可以有效實(shí)現(xiàn)材料的節(jié)能工作效果，尤其是針對微孔化的處理方法，不但可以提高耐火材料的使用強(qiáng)度，同時還可以有效降低材料的熱傳導(dǎo)率，在不影響材料的抗渣性能基礎(chǔ)之上，可以有效降低耐火材料的能耗損失量。

2.2 空心球原料

氧化鋁空心球是輕質(zhì)耐火材料當(dāng)中比較重要的原材料之一，除此之外還有開發(fā)氧化鎂、空心球、玻璃球等相關(guān)方法。通過使用氧化鎂空心球來有效替代氧化鋁空心球，制作成多孔的原材料。通過回轉(zhuǎn)抗渣侵蝕實(shí)驗(yàn)之后，在同等的工作條件下，抵抗氧化鐵的溶渣損失率以及抗?jié)B透性能力，相比于氧化鋁空心球的多孔材料超出了5～10倍。使用玻璃制造和加工過程中產(chǎn)生的廢玻璃，通過發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)得到玻璃空心球，在材料的填充密度上范圍保持在0.35～0.42g·cm-3平均的粒徑大小為0.25和2.0mm。通過這種玻璃空心球所制成的澆注材料，隨著外部溫度的不斷升高，玻璃空心球和澆鑄材料的基質(zhì)之間會出現(xiàn)結(jié)晶化反應(yīng)，有效提高了澆筑材料的耐熱性能，同時還產(chǎn)生了一定的膨脹現(xiàn)象。

2.3 微孔原料

通過在粘土當(dāng)中添加金屬鋁粉和鎂粉，將材料合成體積密度大小為1.48 g·cm-3的微孔，同樣使用金屬鋁作為添加劑，使用氧化鋯和莫來石作為復(fù)合材料，通過原位分解的處理方法，從中得到了莫來石、尖晶石以及鎂橄欖石等高強(qiáng)度微孔材料，材料的孔徑大小不超過10um。通過使用原位分解法，所制取的不定形材料的密度大小為1.0 g·cm-3，材料主要示意六鋁酸鈣作為輕質(zhì)的耐火材料。通過高溫處理之后得到了以CA6為主要構(gòu)成成分的高純度微孔材料，該材料的體積密度大小為0.70 g·cm-3，材料的微孔尺寸大小為1～5um，溫度在25～1400℃之間的熱傳導(dǎo)率范圍在0.15～0.5 W·m-1·K-1。

2.4 均化燒結(jié)料

耐火原材料在經(jīng)過熔融之后會形成質(zhì)地比較密集的顆粒材料，材料的整體抗渣和抗侵蝕能力得到了明顯的提升。但是以為內(nèi)熱傳導(dǎo)率的增加，在能耗方面也有所上升。這種方法和電熔法相比，燒結(jié)所得到的耐火材料在溫度性能上有所下滑，但是材料的結(jié)晶粒度以及體積密度都明顯下降，有效控制了耐火材料的溫度傳導(dǎo)效果，實(shí)現(xiàn)了良好的隔溫的工作效果，降低了熱量損失，實(shí)現(xiàn)了良好的節(jié)能工作效果。與此同時，我國在耐火原材料方面，因此原材料的的礦床受到外部環(huán)境的影響程度相對較大，在材料的開采工作當(dāng)中會造成資源受到不同程度的破壞問題，同時對外部環(huán)境的影響也非常明顯。因此，在理論層面上使用均化工藝，使用燒結(jié)法相比于電熔法來講，可以生產(chǎn)出性能更加優(yōu)良，導(dǎo)熱率更低的耐火材料，整體的節(jié)能工作效果非常明顯。

2.5 耐火氧化物微粉

耐火氧化物微粉是不定性耐火材料當(dāng)中非常常見的耐火原材料，這種氧化物微粉除了二氧化硅微粉之外，消耗量比較大的氧化鋁微粉，在制備工作中通常選擇的是化學(xué)法或者是液相法來進(jìn)行生產(chǎn)，這種方法對環(huán)境的污染程度相對較低，同時具有良好的節(jié)能工作效果。通過使用剛玉、鎂鋁尖晶石以及鋯英石等材料，選擇機(jī)械生產(chǎn)的方式需要經(jīng)過長時間的打磨。通過施工機(jī)械磨球的方式，相比較于干法和濕法來講，對鋁鎂材料的顆粒度影響相對比較明顯。通過干法粉磨的方式，將材料的顆粒直徑控制在10um 尺寸以下有著諸多困難，通過濕法粉磨的方式也至少需要5h以上。相關(guān)研究工作人員通過分析了不同的粉磨方式，對電熔尖晶石和鎂砂細(xì)粉粒度所產(chǎn)生影響，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以得出，通過振動粉磨的方式，不會造成材料表面出現(xiàn)不同程度的缺陷問題，而通過氣流粉磨的方式整體的效果并不是非常明顯。

3 不定性耐火產(chǎn)品的節(jié)能化效果

3.1 輕量化不定性爐襯

在低密度的隔熱材料使用過程中，對不定形材料的使用程度相對較高，會因?yàn)椴牧系膹?qiáng)度大小的變化造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞或者是材料性能失效等方面的問題。高強(qiáng)度材料的密度相對較大，但是材料的隔熱性能相對較低。比如使用耐火纖維板材料，在長時間的使用條件下會出現(xiàn)結(jié)晶變質(zhì)等不良問題。相關(guān)研究工作人員通過向材料當(dāng)中添加20%的莫來石材料，并且將其和一級鋁釩材料等進(jìn)行混合，形成新型的水泥混合澆注材料，材料的整體性能表現(xiàn)非常優(yōu)良，具有非常明顯的節(jié)能效果。

3.2 鋼包輕質(zhì)鋁鎂澆注料

鋼包輕質(zhì)鋁鎂澆注料是二次精煉工作過程中非常重要的設(shè)備類型，鋼水的溫度相對較高，并且停留的時間較長，因此在熱量的損失量上也相對較大。通過向其中添加氧化鋁等物質(zhì)，在高溫分解之后會形成鋁鎂尖晶石材料，材料會隨著體積的不斷增大而表現(xiàn)出致密性，材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)也有所下降，整體的節(jié)能效果也非常明顯。

4 結(jié)語

為了有效實(shí)現(xiàn)不定形耐火材料的節(jié)能化效果，材料的原材料組織結(jié)構(gòu)會從致密型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成為微孔輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)方式可以選擇均化燒結(jié)法，通過材料的輕量化處理之后，整體的節(jié)能工作效果得到了明顯的提升。