耐火材料的定義和分類
1、傳統定義:耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料。
ISO定義:耐火度不低于1580℃的非金屬材料及制品。
2、根據形狀和尺寸分類:
A、標準型 230×114×65mm
B、普通型 不多于4個量尺,(尺寸比) Max:Min<4。
C、異形 不多于2個凹角,(尺寸比) Max:Min<6:1;
或有一個 50 ~ 70°的銳角。
D、特異型。(尺寸比) Max:Min<8:1 ;或不多于4個凹角;或有一個 30 ~ 50°銳角。
3、從外觀分類:
A、磚制品:燒成磚、不燒磚;
B、散狀材料。
4、按化學屬性分類
大致可分為酸性耐火材料、中性耐火材料、堿性耐火材料。
化學屬性對于了解耐火材料的化學性質,判斷耐火材料在實際使用過程中與接觸物之間的化學作用情況具有重要意義。
耐火材料在使用過程中除承受高溫作用外,往往伴隨著熔渣(液態)及氣體等化學侵蝕。為了保證耐火材料在使用中有足夠的抵抗侵蝕介質侵蝕能力,選用的耐火材料的化學屬性應與侵蝕介質的化學屬性相同或接近。
1、酸性耐火材料
通常是指其中含有相當數量二氧化硅的耐火材料。
特點:游離二氧化硅含量很高(大于94%),是酸性最強的耐火材料;
粘土質 耐火材料中游離二氧化硅含量較少,是弱酸性的;
半硅質 耐火材料居于期間。也有將鋯英石質耐火材料和碳化硅質耐火材料歸入酸性耐火材料的,因為此類材料中含有較高的SiO2或在高溫狀態下能形成SiO2。
2、中性耐火材料
中性耐火材料按嚴格意義講是指碳質耐火材料。但通常也將以三價氧化物為主體的高鋁質、剛玉質、鋯剛玉質、鉻質耐火材料歸入中性耐火材料(兩性氧化物如Al2O3、Cr2O3等)。
此類耐火材料在高溫狀況下對酸、堿性介質的化學侵蝕都具有一定的穩定性,尤其對弱酸、弱堿的侵蝕具有較好的抵抗能力。
3、堿性耐火材料
一般是指以MgO 、CaO或以MgO·CaO為主要成分的耐火材料(鎂、石灰、鎂鉻質、鎂硅質、白云石質耐火制品及其不定形材料)。這類耐火材料耐火度都比較高,對堿性介質的化學侵蝕具有較強的抵抗能力。
按化學礦物組成分類
此種分類法能夠很直接地表征各種耐火材料的基本組成和特性,在生產、使用、科研上是常見的分類法,具有較強的實際應用意義。
(1)硅質耐火材料
含SiO2在90%以上的材料通常稱為硅質耐火材料,主要包括硅磚及熔融石英制品。硅磚以硅石為主要原料生產,其SiO2含量一般不低于93% ,主要礦物組成為鱗石英和方石英 。
(2)硅酸鋁質
硅酸鋁質耐火材料是由Al2O3和SiO2及少量雜質所組成,根據其Al2O3含量不同可分為:1、半硅質耐火材料(含A12O3 15-30%)2、粘土質耐火材料(含Al2O3 30-48%)3、高鋁質耐火材料 (含A12O3>48%)
(3)鎂質耐火材料
鎂質耐火材料是指以鎂砂為主要原料,以方鎂石為主晶相,MgO 含量大于80% 的堿性耐火材料。鎂質制品: MgO 含量 ≥87% ,主要礦物為方鎂石;鎂鋁質制品:含MgO >75% ,Al2O3含量一般為7-8% ,主要礦物成分為方鎂石和鎂鋁尖晶石(MgAl2O4);鎂鉻質制品:含MgO>60%,Cr2O3含量一般在20%以下,主要礦物成分為方鎂石和鉻尖晶石;鎂橄欖石質及鎂硅質制品:主成分:MgO,第二化學成分為SiO2。鎂橄欖石磚比鎂硅磚含有更多的SiO2,前者的主要礦物成分為鎂橄欖石,其次為方鎂石;后者的主要礦物為方鎂石,其次鎂橄欖石 ;鎂鈣質制品:此種鎂質材料中含有一定量的CaO,主要礦物成分除方鎂石外還含有一定量的硅酸二鈣(2CaO•SiO2)。
(4)白云石質耐火材料
以天然白云石為主要原料生產的堿性耐火材料稱為白云石質耐火材料。主要化學成分為:30-42% 的MgO和40-60% 的CaO ,二者之和一般應大于90% 。其主要礦物成分為方鎂石和方鈣石(氧化鈣)。
(5)碳復合耐火材料
碳復合耐火材料是指以不同形態的碳素材料與相應的耐火氧化物復合生產的耐火材料。
(6)含鋯耐火材料
含鋯耐火材料是指以氧化鋯(ZrO2)、鋯英石等含鋯材料為原料生產的耐火材料。含鋯耐火材料制品通常包括鋯英石制品、鋯莫來石制品、鋯剛玉制品等。
(7)特種耐火材料
特種耐火材料分為如下品種:碳質制品:包括碳磚和石墨制品;
純氧化物制品:包括氧化鋁制品、氧化鋯制品、氧化鈣制品等;
非氧化物制品:包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化鋯、硼化鈦、塞隆(Sialon)、阿隆(Alon)制品等;
(8)其他分類方法
按生產工藝,可分為燒成制品、熔鑄制品和不燒制品。
1、磚制品:燒成磚、不燒磚
1.1燒成磚
通過高溫燒結得來的制品。
結合方式有:陶瓷結合、直接結合、半再結合和再結合
陶瓷結合:通過耐火原料或耐火原料與加入的燒結助劑在高溫下形成的液相而產生結合。陶瓷結合實際上是一種由液相燒結而產生的結合。在耐火材料坯體中,耐火度較低的原料或耐火原料 與助燒劑發生反應首先產生粘性液相使散狀原料粘結在一起,隨溫度的提高,依靠液-固相反應生成具有更高熔融溫度的新物相而產生堅固的結合。
代表產品:粘土磚、高鋁磚、燒結硅磚以及復合硅酸鋁質制品等。
直接結合:直接結合是指固相晶粒間直接接觸產生的一種結合。代表產品:直接結合鎂鉻磚等。
再結合:再結合又稱復合。由兩個增長游離基結合形成一飽和大分子而終止反應,稱為再結合。代表產品:燒結剛玉磚、高鉻磚、高純尖晶石磚、再結合鎂鉻磚等。
半再結合:代表產品:半再結合鎂鉻磚,半再結合鎂鉻磚是指以部分電熔鎂鉻砂為原料燒成的耐火制品。半再結合鎂鉻磚的主要礦物組成為方鎂石、尖晶石和少量硅酸鹽。顆粒為乳濁結構,方鎂石晶內尖晶石發育完全,基質部分為交代溶濁結構。晶體間為方鎂石-方鎂石或方鎂石-尖晶石的直接結合,硅酸鹽相呈孤立狀態存在于晶粒間,半再結合鎂鉻磚的抗熱震生優于直接結合鎂鉻磚。
1.2不燒磚
通過低溫熱處理得來的制品。
結合方式有:水合結合、化學結合、粘附結合、聚合結合和凝聚結合。
水合結合:鋁酸鈣水泥、純鋁酸鈣水泥、ρ-Al2O3等。
水合結合是靠結合劑(如水泥)與水在一定的溫度和濕度條件下發生水化反應, 生成的水化產物產生膠凝作用而產生的。水化反應和膠凝作用而產生強度需要時間、溫度和濕度條件,因而需要養護。代表產品:水泥結合預制件等。
化學結合:磷酸鹽、硅酸鈉等化學結合是由結合劑和原料中的氧化物或/和加入的促凝劑在常溫或加熱狀態下發生化學反應,靠反應產物的交鏈或聚合作用而產生的。代表產品:磷酸鹽結合耐火磚、鋁鎂不燒磚等。
聚合結合:樹脂聚合結合是由高聚物的有機結合劑在一定條件下與加入的特定的促媒劑或交鏈劑產生的縮合-聚合反應,生成三維網絡結構而產生結合作用。代表產品:鎂碳磚、鋁鎂碳磚、鋁碳磚等。
凝聚結合:氧化鋁超細粉、氧化硅超細粉、溶膠結合劑等凝聚結合是靠相互靠近到納米尺度或接觸的某些材料的膠團粒子或某些具有亞微米尺度超細粉之間的范德華力(分子間引力)包括氫鍵架橋作用而產生的結合。由結合劑引入的雜質下降甚至無雜質,導致高溫性能改善;不生成大量含結構水的水化產物, 揮發和分解成份少,有利于受熱后結構和強度的保持;超細粉的表面活性高,有利于提高低、中和高溫的結合強度,降低燒結溫度;超細粉分散后可填充更細小的空間,有利于減水、改善流動性、提高致密度。代表產品:預制件