不定形耐火材料的分类及应用

不定形耐火材料又称散装耐火材料，由散装颗粒及细粉组成，使用前无需烧成也无需成形。它可以根据需要，灵活地改变材料的组成性质和工艺，如耐火材料的成分和粒度；结合剂的种类及添加量；外加剂（如增塑剂、促硬剂、缓硬剂、减水剂等）的选择和调节和施工方法（浇注、捣打、喷涂、投射、可塑施工等）的多样化，使耐火材料的砖体形状向大形化、异形化和整体化结构发展了一大步，被称为第二代耐火材料。

不定形耐火材料是高温窑炉工业耐火内衬技术应用中的重要基础材料之一。耐火浇注料是不定型耐火材料中的重要一种，它的重要特点是供货周期短，不受设备形状限制，不经预先煅烧、松散状混合物配以相适应的锚固件现场成型烘烤后即可直接使用的耐火材料。用耐火浇注料可做成无接缝的衬体，亦称整体耐火材料。高铝质浇注料、高铝低水泥浇注料、钢纤维耐磨浇注料、刚玉质浇注料等不定形耐火材料在水泥窑的内衬设计中得到了广泛的应用，多年来运行于不同部位的热工设备的耐火层。

1、不定形耐火材料的分类

1）灌浆料

一种加水搅拌后具有较好流动性的材料，也称为浇灌料。成型后需经过适当养护，使其凝结、硬化，按一定制度烘烤后便可使用。灌浆料以硅酸铝质熟料、刚玉质材料或碱性耐火熟料为骨料；轻质浇灌料以膨胀珍珠岩、蛭石、陶粒、氧化铝空心球为骨料。结合剂用铝酸钙水泥、水玻璃、硅酸乙酯、聚合氯化铝、粘土或磷酸盐等。外加剂视使用情况而定，其作用在于改善施工性能和提高理化性能。

灌浆料的施工成型方法有震动法、泵注法、压注法、喷射法等。用灌浆料作整体衬里，往往还要与金属或陶瓷锚固件配合使用。如再加不锈钢纤维增强，可提高其抗机械振动和抗热震能力。灌浆料用作各种热处理炉、矿石焙烧炉、催化裂化炉、转化炉等的内衬，也用作熔炼炉和高温熔体流槽的内衬，如铅锌熔化炉、锡槽、盐浴炉、出钢或出铁槽、盛钢桶、钢水真空循环脱气装置吸嘴等。

2）可塑料

具有可塑性的泥料或泥坯。施加适当外力时，容易变形而不开裂；应力消除后，不再变形。可塑料材质有半硅质、粘土质、高铝质、锆英石质、碳质等，也有轻质可塑料。可塑料必须加入塑化材料，塑化材料多半为高可塑性粘土，还可用增塑剂提高这种粘土的可塑性。增塑剂有羧甲基纤维素、糊精、木质素磺酸盐等。可塑料所用的结合剂有可塑粘土、 磷酸、 磷酸二氢铝、硫酸铝等。加磷酸或磷酸盐结合剂的氧化铝质可塑料，保存过程中会与氧化铝发生化学反应，生成不溶性的正磷酸铝而使泥料硬化，因此要加保存剂，如草酸、柠檬酸、乙酰丙酮等。

施工方法一般采用捣打法或震动法。用可塑料修筑整体炉衬时，必须配置金属或陶瓷锚固件。可塑料用作均热炉、加热炉、锅炉等热工设备的内衬，还用于包扎加热炉水冷管。

3）喷补料

以喷射机进行喷补或喷涂用的一种耐火混合料。按喷补方法可分为湿法喷补（或称泥浆法喷补）、半干法喷补和火法（火焰）喷补。湿法喷补借助压缩空气喷送含有20～40%耐火粉料的泥浆，可以达到较高的雾散，附着率高，可进行较均匀的薄层喷补。半干法喷补是在喷头处加水润湿由压缩空气喷送的耐火粉料，加水量为11～14%，附着率较低,可进行较厚层的喷补。火法喷补属于干法喷补,把喷补料送到燃料-氧气喷枪的火焰中，喷补料在喷嘴火焰中部分熔化而附着在砖衬上。

喷补料材质有铝硅质、铝硅锆质、 镁质、 镁钙质、镁铬质等。所用的结合剂有硅酸钠、磷酸盐、聚磷酸盐、沥青、树脂等。为了提高附着率，加有粘土、澎(膨)润土、石灰等加入物。为了保证喷补料能达到良好烧结，还加入助烧结剂，如蛇纹石、纯橄榄石、石灰、耐火粘土、氧化铁等。

4）耐火涂料

涂覆于耐火砖衬上的材料。根据使用要求和施工方法的不同，耐火涂料有配制成泥膏状和泥浆状等形态。所用结合剂因材质而异，如配制连铸中间包用碱性涂料磷酸盐、聚磷酸盐、硫酸镁；配制高铝质涂料则用粘土、磷酸二氢铝、铝铬磷酸盐、水玻璃等。为了提高涂料的涂抹性，一般要加增塑剂等外加剂。涂料主要用作各种热工设备内衬的保护涂层，或用于修补砖衬局部损坏处。

5）捣打料

一种可塑性极低或不具有可塑性的散状耐火材料。材质有硅质、粘土质、高铝质、刚玉质、锆英石质、碳化硅质、碳质、镁质等。根据捣打料材质和使用条件，可采用与浇灌料相似的无机结合剂或有机结合剂，如水溶性的糊精、羧甲基纤维素、木质素、磺酸盐、聚乙烯醇；抗水而具有热可塑性的石蜡、 沥青、 焦油、酚醛树脂、无规聚丙烯等。

捣打料采用强制捣打施工，气孔率较低，密度较高，因此，在不定形耐火材料中，捣打料特别适于作熔炼炉炉衬和盛高温金属熔液的各种容器的衬里。如平炉和电炉炉床、各种感应炉炉衬、高炉出铁沟、盛钢桶等。

6）投射料

一种半干状的、用投射机投射筑衬的泥料。主要用于修筑整体盛钢桶内衬。材料有硅质、蜡石质、粘土质、高铝质和锆英石质等。使用较多的是高硅质和高铝质投射料。

2、不定形耐火材料的应用

1）浇注料预制块的特质

浇注料预制块只需在较低温度下热处理，是低碳和绿色耐火材料，是耐火内衬技术中的一个独特的技术。可提高耐火内衬的使用性能，降低耐火材料消耗量，质量稳定、性能可靠。我们知道在浇注料中加入钢纤维其目的是提高浇注料的机械性能，抑制裂纹的产生或在形成裂纹时限制其扩展。下图是钢纤维浇注料图，钢纤维浇注料预制块应用特殊的工艺制成。根据工艺部位及需要做成一定形状，脱模后依据其工况条件进行热处理。

图注：钢纤维浇注料

2）不定形耐火材料在高炉上的应用

高炉是炼铁的一种重要设备。小型高炉曾采用高铝水泥和磷酸高铝质耐火烧注料预制块吊装砌筑，现在普遍采用树脂结合剂铝碳不烧砖砌筑。大型高炉水冷壁用SiC浇注料捣制、炉底垫层和周围砖缝则用耐火浇注料和氮化硅质填料。而其炉墙用耐火材料的一个发展趋势是采用浇注料。日本钢管公司福山厂2号高炉在炉身上部使用了一种Al₂O₃50%，SiO₂45%的高密度浇注料。经过6年使用，发现很少发生剥落现象。

目前，国内外用于高炉出铁沟的不定形耐火材料主要为Al₂-O₃-SiC-C(简称ASC)质，此外还有莫来石-SiC-C质，Al₂O₃-C质，镁铝尖晶石等类型。我国主要使用刚玉-SiC系浇注料。日本现在绝大部分高炉出铁沟都使用ASC浇注料和修补用喷补料，部分小高炉出铁沟使用矾土或合成莫来石-SiC-C质捣打料。德国、法国的高炉出铁沟一般也使用ASC质捣打料。法国研制出了自流浇注料，使主出铁沟工作衬寿命得到提高。

3）不定形耐火材料在钢包上的应用

出钢温度的提高和钢液在钢包中停留时间的延长，使钢包用耐火材料发生了很大的变化。钢包曾以定型耐火材料为主体，现被不定形耐火材料替代。钢包的不定形化既可以省力，又能实现工厂自动化施工和干燥，提高整体的经济性。钢包侧墙为不定形时，其维修作业工时可省力40%，钢包内衬全是不定形时，省力效果则为70%。由于Al₂O₃-尖晶石浇注料有抗蚀性好，结构剥落小，使用寿命长及可改善钢的质量等优点，使它成为当前钢包用耐火材料的主要角色。但它的使用受到温度和钢水停留时间的限制，日本Kawasa-ki公司开发的Al₂O₃-MgO浇注料，其材料强度和抗渣渗透性有了提高，寿命也比Al₂O₃-尖晶石浇注料提高20%。目前，在钢包上试用镁质耐火浇注料和铝镁碳质耐火浇注料,也初见成效。

4）不定形耐火材料在有色冶金中的应用

图注：反射炉

炼铝反射炉是铝厂耐火材料消耗大户。炉缸用耐火材料已经从砖砌变为整体结构，与炉缸热面金属接触的耐火材料通常为酸盐结合的可塑料、磷酸盐结合砖以及低水泥浇注料，下部侧墙的热面耐火材料组成通常与炉缸相同，隔热材料可用轻质隔热浇注料，隔热粘土砖或陶瓷纤维等；炉顶材料通常为捣打料，烧注料等优质耐火材料；炉门通常用致密浇注料或轻质浇注料,亦可用二者的混合料进行浇注。

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电解炼铝中，不定形耐火材料主要用在了盛铝桶上。盛铝桶用耐火材料要求能耐铝水的侵蚀，能承受急冷急热的作用和保温性能好。盛铝桶非工作衬一般采用轻质浇注料或轻质高铝砖。如果盛铝桶中的铝液要放置很长的时间，通常采用隔热浇注料，以止铝液在运送过程中凝固。现在为了减轻罐体的自重，加强保温效果，非工作衬采用氧化铝空心球耐火浇注料。工作衬一般采用含SiO₂低的高铝砖砌筑，现在有的罐体采用刚玉质耐火浇注。在炼铜工业中，因为CuO作为炉渣的组成部分侵蚀性很强，故粗炼炉中广泛采用碱性耐火材料。如反射炉、转炉、闪速炉及回转阳极炉的各部分均采用碱性的镁铬砖或者以MgO为基质的碱性捣打料，尤其是维修补炉时用。精炼部分由于渣量和温度均下降，则可用浇注料、可塑料、喷涂料和高铝砖等硅酸铝质耐火材料。