不燒耐火制品（磚）的特點(diǎn)及其發(fā)展

徐平坤

（廣州耐火材料廠，廣東廣州510300）

不燒耐火制品（磚）的特點(diǎn)及其發(fā)展

徐平坤

（廣州耐火材料廠，廣東廣州510300）

近年來不燒耐火制品（磚）發(fā)展迅速，表現(xiàn)為不燒磚的品種增多，性能進(jìn)一步提高，使用范圍擴(kuò)大。介紹了不燒耐火制品（磚）的性能及其特點(diǎn)。對(duì)降低生產(chǎn)成本、資源高效利用及節(jié)能減排具有十分重要意義。

不燒磚；耐火制品；結(jié)合劑；添加物；性能

所謂不燒耐火制品，俗稱不燒磚，是根據(jù)傳統(tǒng)耐火材料生產(chǎn)工藝而得名。傳統(tǒng)的耐火材料生產(chǎn)工藝過程為：配料-混料-成型-干燥-燒成-成品，不燒磚顧名思義，取消了燒成工序，干燥后直接使用的耐火制品。早在1878年托馬斯（S·G·Thomas）和吉爾克里斯特（D·Gilchrist）用焦油結(jié)合的白云石磚做爐襯，1913年美國(guó)麥卡利姆（Mecallim）首次制成鐵殼不燒鉻鎂磚，20世紀(jì)初歐美國(guó)家即有不燒磚，又稱化學(xué)結(jié)合磚。我國(guó)在20世紀(jì)50年代初就有不燒粘土磚問世，20世紀(jì)50年代末相繼出現(xiàn)磷酸結(jié)合、水玻璃結(jié)合、硫酸鹽結(jié)合和水泥結(jié)合的不燒磚，20世紀(jì)60年代末和20世紀(jì)70年代初，隨著不定形耐火材料的發(fā)展，不燒磚得到進(jìn)一步發(fā)展，20世紀(jì)80年代中期，不燒磚的研究和生產(chǎn)有很大進(jìn)步，通過添加物和結(jié)合劑提高不燒磚的質(zhì)量，并能生產(chǎn)各種材質(zhì)的不燒磚。到目前為止，幾乎所有定型耐火制品都可以做成不燒制品。例如有使用條件極為苛刻的不燒滑動(dòng)水口磚，受鋼水激烈沖刷和侵蝕的煉鋼爐襯用不燒鎂碳磚等。

耐火材料分定型與不定型兩大類，表面看不燒磚應(yīng)屬定型耐火材料，因?yàn)樗瞬粺?，與傳統(tǒng)的耐火磚生產(chǎn)工藝沒有什么區(qū)別；而從配料上使用結(jié)合劑和外加劑來看，又與不定形耐火材料相同，因此有人認(rèn)為不燒磚屬于不定形耐火材料范疇。

眾所周知，耐火材料是在高溫條件下使用的材料，何必預(yù)先燒制。其實(shí)耐火材料燒成是為了保證制品的常溫和高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以及不同溫度下的體積穩(wěn)定性。按照現(xiàn)代耐火材料制造技術(shù)，采用合適的結(jié)合劑和添加物，不燒磚完全能夠達(dá)到或超過燒成磚的技術(shù)指標(biāo)。生產(chǎn)不燒耐火制品，資源高效利用，節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，應(yīng)該大力發(fā)展。

1 不燒磚的優(yōu)點(diǎn)

1.1 簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了產(chǎn)品成本

燒成是耐火制品生產(chǎn)工藝過程中最繁雜的工序，要建爐窯，磚坯裝窯，不燒磚出窯，主要靠手工操作，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。不燒磚，不用燒，沒有燒成工序，不用建窯，不用燃料，勞動(dòng)力減少，成本降低，沒有裝窯、燒制過程，也沒有出窯的廢品，不燒磚比燒成磚的生產(chǎn)成本低很多。燒成磚裝窯時(shí)往往有大量磚坯碰損而報(bào)廢，出窯時(shí)一方面發(fā)現(xiàn)燒制過程產(chǎn)生磚的裂紋、熔洞等廢品，另一方面出窯過程中會(huì)碰破邊角產(chǎn)生廢品。不燒磚沒有這一過程，成品率得到提高。例如上海某廠生產(chǎn)塞頭磚，燒成時(shí)易產(chǎn)生裂紋等廢品，成品率20%左右，后來改為不燒制品，成品在90%以上。

1.2 節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境

耐火制品的燒成溫度都在1 000℃以上，燒窯耗費(fèi)大量燃料，燒煤時(shí)，排出黑色煙氣，污染環(huán)境。改用煤氣或重油，表面看污染少了，實(shí)際上還是有大量CO2氣體排到大氣中。不燒磚，不燒窯，自然節(jié)能減排。特別是不燒鎂橄欖石磚，因鎂橄欖石灼減低于5%（有人利用灼減9%），利用原礦作顆粒，鎂砂為細(xì)粉，加入適量添加劑，可制得性能良好的不燒鎂橄欖石制品。還有不燒紅柱石磚、不燒葉蠟石磚等，其用原料不燒，制品也不燒，簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了大量能源，保護(hù)了環(huán)境。

1.3 容易制取界面復(fù)合及梯度耐火制品（磚）

眾所周知，介面復(fù)合制品和梯度制品是由兩種或兩種以上物理化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)分層疊加在一起，組分材料始終作為獨(dú)立形態(tài)的單一材料存在，沒有明顯的化學(xué)變化，而復(fù)合耐火制品或梯度耐火制品都成為一塊整體。只要選擇合適的結(jié)合劑，不燒制品容易將不同材質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)和熱性能的材料結(jié)合起來。如果燒成的話，由于不同材料的熱膨賬系數(shù)及高溫線變化的差異，在熱應(yīng)力的作用下，制品界面處容易產(chǎn)生裂紋和損壞。

到目前為止，已有大量不燒復(fù)合及梯度制品應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，取得良好的效果。例如：燒水泥熟料的回轉(zhuǎn)窯用高鋁復(fù)合磚，既一端是重質(zhì)的工作層，另一端是輕質(zhì)的隔熱層，某廠用復(fù)合磚的理化性能指標(biāo)如表1。

表1 高鋁復(fù)合磚理化指標(biāo)

這種復(fù)合磚在回轉(zhuǎn)窯過渡帶使用壽命1～5年，窯殼溫度降低80～120℃。還有一些燒白云石及石灰的回轉(zhuǎn)窯，在煅燒帶也用類似的復(fù)合磚，節(jié)能降耗，提高使用壽命。

有些鋼廠使用不燒復(fù)合滑板磚，一般采用二層復(fù)合，其工作面以板狀剛玉為主（80%～90%），添加金屬鋁粉、碳素等；而非工作面是以高鋁熟料、粘土、碳素等配料，二者復(fù)合，降低了成本，提高了使用效果。用同樣的方法生產(chǎn)的還有鎂碳磚等。

功能耐火材料是連鑄運(yùn)行的重要支撐材料，由于使用環(huán)境受到多因素影響及非均衡蝕損特點(diǎn)，嚴(yán)重影響功能耐火材料使用的安全性和使用壽命，通過梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行優(yōu)化組成，采用不同梯度材料進(jìn)行復(fù)合，從而解決長(zhǎng)水口及浸入式水口熱震穩(wěn)定性與抗侵蝕性、抗沖刷能力之間的矛盾。同時(shí)在材料改性方面，加入特殊的添加劑，顯著提高了鋁碳質(zhì)和鋯碳質(zhì)水口的使用效果。

1.4 不燒磚的性能普遍高于燒成制品

一般不燒制品采用多級(jí)顆粒配料，選用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)與無機(jī)結(jié)合劑、添加劑，其制品的體積密度、氣孔率、抗侵蝕性和抗?jié)B透性等普遍好于燒成制品。特別是不燒磚借助使用環(huán)境中的熱能達(dá)到適當(dāng)燒結(jié)，形成具有梯度特征的結(jié)構(gòu)，以及主體材料與添加物熱膨賬系數(shù)不一致的特性，使不燒磚在使用條件下產(chǎn)生足夠多的微細(xì)裂紋，且裂紋以準(zhǔn)靜態(tài)方式擴(kuò)展，從而提高不燒磚的熱震穩(wěn)定性，例如某廠煉鋼電爐頂用不燒含石墨高荷軟高鋁磚與長(zhǎng)期使用的燒成高鋁磚性能如表2。不燒磚的使用壽命比燒成磚提高1倍，由于熱震性好，使用中不掉塊。

表2 不燒與燒成高鋁磚性能指標(biāo)

段小東等研究鐵水包用的酚醛樹脂結(jié)合A l2O3－SiC－C不燒磚，其性能高于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)用的高鋁磚，見表3。

表3 不燒磚與燒成磚性能指標(biāo)

提高不燒磚的性能，要從結(jié)合劑和添加劑著手，如用磷酸結(jié)合的不燒高鋁磚荷重軟化溫度1 390℃，而用六偏磷酸鈉結(jié)合的為1 520℃。也可以在配料中加入具有膨賬性的物質(zhì)，如蘭晶石等來提高磚的荷重軟化溫度。

1.5 不燒磚的使用效果好于燒成磚

大量數(shù)據(jù)及實(shí)際事實(shí)證明不燒磚的使用效果好于燒成磚，特別是鋼包襯磚，目前使用較多的是用不定形耐火材料整體澆注，雖然抗熱震性好，使用壽命高，但需要現(xiàn)場(chǎng)有混料機(jī)及筑爐設(shè)備，并要控制干燥和預(yù)熱過程；如果用澆注的預(yù)制塊，成型模具多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高。而用不燒磚，對(duì)生產(chǎn)部門和使用部門來說，生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，而且產(chǎn)品質(zhì)量容易得到保證，像不燒鋁鎂尖晶石磚在鋼包上的使用壽命與澆注料也沒有多大差別。有的場(chǎng)合不燒磚使用效果明顯好于燒成磚，例如本溪水泥廠在?3.7×70m水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶9m長(zhǎng)的一段中，以窯徑分半鑲砌不燒和燒成鎂鉻磚作對(duì)比，用交錯(cuò)法砌，使用178 d后，不燒磚厚100～110 mm，燒成磚厚65～70 mm，不燒磚具有優(yōu)良的掛窯皮，抗侵蝕、抗熱震等優(yōu)點(diǎn)。四川某水泥廠統(tǒng)計(jì)得出：回轉(zhuǎn)窯不燒鎂鉻磚使用壽命217.5～284.5 d，使用燒成磚壽命66～149 d。還有四川某鋼廠的40 t連鑄中間包襯，使用一般高鋁磚壽命40爐次，一等高鋁磚壽命100爐次，而用高鋁尖晶石不燒磚壽命150爐次。某鐵合金廠9 MVA錳硅合金電爐的鐵水包內(nèi)襯，使用粘土磚壽命20～50次，高鋁磚壽命70～100次，而用Al2O3－SiC－C不燒磚壽命400次，等等。不燒磚使用效果好的實(shí)例很多，不一一贅述。

2 不燒磚的發(fā)展

不燒磚發(fā)展迅速，品種增多，性能進(jìn)一步提高，制品使用范圍擴(kuò)大。

2.1 不燒磚的品種增多

起初只是采用天然耐火原料與具有氣硬性，或火硬性，或水硬性結(jié)合劑混合，制取化學(xué)結(jié)合的不燒磚，如不燒粘土磚、不燒高鋁磚、不燒鎂磚等?，F(xiàn)在可以用所有耐火原料制取各種品種和不同用途的不燒磚，如不燒鎂碳磚、不燒鎂鈣磚、不燒鎂白云石磚、不燒鎂鋁尖晶石磚、不燒鎂鋯磚、不燒鎂鉻磚、不燒剛玉磚、不燒高鋁尖晶石磚、不燒紅柱石磚、不燒葉蠟石磚、不燒剛玉尖晶石磚、不燒鎂橄欖石磚、不燒漂珠隔熱磚、不燒Al2O3－SiC－C磚、不燒MgO－SiC－C磚、不燒復(fù)合鋁鎂磚、不燒鐵殼鎂鋁磚、不燒鐵殼鎂鉻磚、不燒粉煤灰隔熱磚等。可以說耐火制品（磚）的所有品種都能做出相應(yīng)的不燒制品（磚）。

2.2 不燒磚的性能進(jìn)一步提高

與燒成制品相比，不燒制品的熱震穩(wěn)定性較好，但強(qiáng)度偏低。為此，研究人員從結(jié)合劑及添加劑方面入手，做了大量試驗(yàn)研究。如陳龍等人研究無碳鋁鎂尖晶石不燒磚，采用剛玉、α－A l2O3微粉、尖晶石、電熔鎂砂等主要原料，用不同結(jié)合劑，不燒磚的性能如表4。

表4 不同結(jié)合劑與不燒磚的性能指標(biāo)

從表4看出，硅溶膠＋鹵水結(jié)合的不燒磚強(qiáng)度較高，超過一般燒成制品。朱士本研究不同結(jié)合劑的Al2O3－SiC－C不燒磚，做為鐵水包內(nèi)襯的使用結(jié)果如表5。

表5 不同結(jié)合劑的A l2O3－SiC－C不燒磚使用情況

不燒滑板磚是近年出現(xiàn)的新型滑板，主要是鋁碳材料，加入適量金屬粉、酚醛樹脂結(jié)合劑，不用燒成和油浸工序，工藝簡(jiǎn)單。通過加入有機(jī)硅樹脂，提高中、低溫強(qiáng)度，使用次數(shù)增加。如某單位將剛玉顆粒和細(xì)粉、A l2O3微粉、炭黑等，與結(jié)合劑混合—成型—干燥—套箍—磨制—粘墊—成品，其滑板的顯氣孔率9，6%，體積密度2.98 g/cm3，常溫耐壓強(qiáng)度125MPa，（1 400℃埋炭）高溫抗折強(qiáng)度43.7 MPa，在120 t鋼包使用連滑2.3次，而一般生產(chǎn)用燒成滑板連滑1.5次，可見不燒滑板好于燒成滑板。有些結(jié)合劑雖然有一定的粘結(jié)作用，但會(huì)給制品帶來雜質(zhì)成分，降低耐火性能。因此有人研究新的結(jié)合劑，如李有勝等用氯氧鎂水泥結(jié)合鋁鎂質(zhì)無碳不燒磚，在高溫下低熔相減少，尖晶石生成量增多。朱森森用凝膠粉結(jié)合鋁鎂不燒磚，唐寧用鋁酸鎂結(jié)合MgO－Al2O3不燒鋼包磚，其結(jié)合劑成分與磚的主成分一致，可提高制品的耐火性能及高溫強(qiáng)度，降低熔渣的侵蝕。為了提高制品性能，還有人采用多種結(jié)合劑復(fù)合使用，既加有機(jī)和無機(jī)結(jié)合劑，又加超微粉，實(shí)現(xiàn)粘著結(jié)合與縮聚，凝聚等多種結(jié)合。目前，北京、上海、遼寧等地的一些化工企業(yè)，研究利用無機(jī)納米材料，經(jīng)縮聚反應(yīng)制取耐高溫膠泥粘合劑，以及改性溶液，耐高溫2 000℃以上，無疑對(duì)不燒耐火制品的發(fā)展提供了先決條件。

利用添加物來改善或提高不燒耐火制品的性能也是有效的辦法之一。例如，羅旭東等研究用電熔鎂砂骨料、高純鎂砂細(xì)粉，以及α－Al2O3和Cr2O3微粉，磷酸鹽結(jié)合劑配料的鎂鋁鉻不燒磚，引入ZrO2使磚的線膨脹率增大趨勢(shì)逐漸減弱，ZrO2加入量增多，而膨脹率減小，ZrO2細(xì)粉6%時(shí)，磚的熱震穩(wěn)定性最好。趙繼忠研究了添加物對(duì)磷酸鹽結(jié)合高鋁不燒磚性能的影響，結(jié)果見表6（添加物＜0.088，＜0.044mm）。還研究了添加Cr2O310%的不燒鋁鎂磚，其抗蝕性和抗?jié)B透性提高。高鋁不燒磚中加入蘭晶石等膨賬劑，可提高磚的荷重軟化溫度等。

表6 添加物對(duì)磚性能的影響

2.3 不燒磚使用范圍擴(kuò)大

在我國(guó)不燒磚的使用范圍迅速擴(kuò)大，在消耗耐火材料最多的鋼鐵行業(yè)，凡是用燒成磚的熱工設(shè)備大都改用不燒制品。例如：包鋼煉鐵高爐內(nèi)襯由碳磚改為不燒鋁碳磚，鐵水包用不燒Al2O3－SiC－C磚。不燒紅柱石磚砌鐵水包易磨損部位。幾乎所有煉鋼爐襯用不燒鎂碳磚，鋼包襯用不燒鋁鎂磚或鋁鎂碳磚（有些鋼包用鋁鎂澆注料），RH爐下部槽用不燒方鎂石－尖晶石磚，鋼水真空處理裝置用不燒鎂碳磚，連鑄用不燒滑動(dòng)水口，不燒滑板，不燒長(zhǎng)水口，反射爐用高鋁－碳化硅不燒磚等。

其次燒水泥熟料的回轉(zhuǎn)窯很早就用不燒高鋁磚、不燒鎂鉻磚。燒白云石或活性石灰的回轉(zhuǎn)窯用鎂鋁尖晶石不燒磚，玻璃熔窯格子房用不燒鎂橄石磚，石油化工、電力、機(jī)械等行業(yè)用不燒輕質(zhì)隔熱磚等。

特別值得推薦的是鋁電解槽用Si3N4結(jié)合SiC制品，燒成制品工藝復(fù)雜，成本高。李磊研究用不同粒度的碳化硅、酚醛樹脂結(jié)合，Si3N4－Al N－Al復(fù)合粉體為基質(zhì)的不燒制品，代替Si3N4結(jié)合SiC制品。不燒制品用硅溶膠浸漬后，微觀組織均勻，抗冰晶石及鋁液侵蝕與燒成Sialon結(jié)合SiC磚相當(dāng)，其抗氧化優(yōu)于Si3N4結(jié)合SiC燒成制品。

以上很多重要部位，使用條件苛刻，都可以使用不燒磚。因此，經(jīng)過認(rèn)真研究，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)，不燒磚完全能取代燒成制品。

3 結(jié)束語

（1）不燒磚簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)周期短，勞動(dòng)用工少，原燒成工序所需的燃料、電力、人力、設(shè)備都節(jié)省下來，生產(chǎn)成本和設(shè)備投資大幅度降低。且節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。

（2）所有的耐火原料都可以制取不燒制品，凡是用燒成磚的熱工設(shè)備都可以用不燒磚代替。用不燒磚有問題的設(shè)備或部位，應(yīng)加強(qiáng)研究，找出問題的根源，從不燒磚的結(jié)合劑和添加劑入手，提高不燒磚質(zhì)量、適應(yīng)使用條件，不燒磚應(yīng)該能夠取代燒成磚。

（3）耐火材料行業(yè)應(yīng)該取消爐窯等燒成設(shè)備，產(chǎn)品主要是不定耐火材料和不燒磚。

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Characteristics and development of non fired refractory products

XU Pingkun
（Guangzhou Refractory Plant,Guangzhou 510300,China）

In recent years,the non fired refractory products grow fast w ith increasing variety increases,better perform ance and expanding application.The paper introduced the perform ance and characteristics of non fired refractory products,w hich is m eaningful to reducing production cost,efficient resource utilization and energy-saving and em ission reduction.

brick;refractory products;binder;additives;perform ance

X781.5

A

1674-0912（2017）02-0040-05

2016－11－20）

徐平坤（1939-），男，遼寧鞍山人，大學(xué)學(xué)歷，高級(jí)工程師，專業(yè)方向：耐火材料研發(fā)。