不定形耐火材料節(jié)能化的研究進展初探

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工作中有著廣泛的應用，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，需要提出相應的節(jié)能化處理方法來有效實現(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)展狀況

不定形耐火材料不需要預先進行成型和燒制，已經(jīng)成為耐火材料當中非常重要的構成環(huán)節(jié)，我國在不定形耐火材料的技術研發(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，材料的基礎性能可以有效滿足國內高溫產(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)能化工作是一項非常艱巨的工作任務，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，選用導熱率較小的保溫隔熱材料來加以應用，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 輕質原料

當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泡沫浸漬法等。在這些工作方法當中會出現(xiàn)有機物分解產(chǎn)生有毒性氣體，整個工藝流程相對比較復雜，前期的經(jīng)濟成本投入量相對較大，同時還會出現(xiàn)材料的孔徑較大、強度偏低等問題。不定形耐火材料的輕質化處理之后，可以有效實現(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度，同時還可以有效降低材料的熱傳導率，在不影響材料的抗渣性能基礎之上，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耐火材料當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。通過回轉抗渣侵蝕實驗之后，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之間會出現(xiàn)結晶化反應，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的耐火材料。通過高溫處理之后得到了以CA6為主要構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℃之間的熱傳導率范圍在0.15～0.5 W·m-1·K-1。

2.4 均化燒結料

耐火原材料在經(jīng)過熔融之后會形成質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。但是以為內熱傳導率的增加，在能耗方面也有所上升。這種方法和電熔法相比，燒結所得到的耐火材料在溫度性能上有所下滑，但是材料的結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效果，實現(xiàn)了良好的隔溫的工作效果，降低了熱量損失，實現(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，使用燒結法相比于電熔法來講，可以生產(chǎn)出性能更加優(yōu)良，導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法或者是液相法來進行生產(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，選擇機械生產(chǎn)的方式需要經(jīng)過長時間的打磨。通過施工機械磨球的方式，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粉粒度所產(chǎn)生影響，通過實驗結果分析可以得出，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，會因為材料的強度大小的變化造成結構出現(xiàn)損壞或者是材料性能失效等方面的問題。高強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)結晶變質等不良問題。相關研究工作人員通過向材料當中添加20%的莫來石材料，并且將其和一級鋁釩材料等進行混合，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 鋼包輕質鋁鎂澆注料

鋼包輕質鋁鎂澆注料是二次精煉工作過程中非常重要的設備類型，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，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，材料的熱傳導系數(shù)也有所下降，整體的節(jié)能效果也非常明顯。

4 結語

為了有效實現(xiàn)不定形耐火材料的節(jié)能化效果，材料的原材料組織結構會從致密型結構轉化成為微孔輕質化結構，生產(chǎn)方式可以選擇均化燒結法，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。