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按普通與特種分類 分為普通和特種耐火材料兩大類。
(1) 普通耐火材料是指用于冶金爐、水泥窯、玻璃窯等熱工窯爐爐襯的常規(guī)制品,多半由天然原料加工而成。普通耐火材料按化學(xué)特性分為酸性、中性和堿性。
(2) 特種耐火材料是在傳統(tǒng)的陶瓷和一般耐火材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型無機(jī)非金屬材料。特種耐火材料用料純度高,多為氧化物、化合物和高溫復(fù)合材料,用于特殊的窯爐、冶煉高爐等高溫沒備的特殊部位。 特種氧化物耐火制品有氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯、氧化鈾、氧化鎂、氧化鈰和氧化釷等,熔點(diǎn)在2050~3050℃。 特種化合物耐火制品有碳化物(碳化硅、碳化鈦、碳化鉭等)、氮化物(氮化硼、氮化硅等)、硼化物(硼化鋯、硼化鈦、硼化鉿等)、硅化物(二硅化鉬等)和硫化物(硫化釷、硫化鈰等)。它們的熔點(diǎn)為2000~3887℃,其中最難熔的是碳化物。 特種高溫復(fù)合耐火產(chǎn)品主要有金屬陶瓷、高溫?zé)o機(jī)涂層和纖維增強(qiáng)陶瓷等。
按是否定型分類 按產(chǎn)品出廠前交貨形狀分為定型產(chǎn)品和不定型產(chǎn)品。凡稱為磚者均為定型產(chǎn)品。各種澆注料、補(bǔ)爐料、搗打料、火泥等均為不定型產(chǎn)品。
(1) 定型產(chǎn)品可分為致密型和隔熱型。 耐火磚屬于致密型制品,混凝土雖是定型交貨產(chǎn)品,但它屬于不定型產(chǎn)品。 定型產(chǎn)品按照制品的外形又可分為塊狀(標(biāo)準(zhǔn)磚、異形磚等)、特種形狀(坩堝、匣缽、管子等)、纖維狀(硅酸鋁質(zhì)、氧化鋯質(zhì)和碳化硼質(zhì)等)。
(2) 不定形耐火材料是一種不經(jīng)煅燒的新型耐火材料,其耐火度不低于1580℃。 不定形耐火材料由耐火骨料和粉料、結(jié)合劑或另摻外加劑一定比例組成的混合料,能直接使用或加適當(dāng)?shù)囊后w調(diào)配后使用。如耐火泥、澆灌料和搗打料等。
按耐火度高低分類 耐火材料由多種礦物組成,各種礦物自有熔點(diǎn),在高溫下它們或者共存,或者生成第三者礦物,出現(xiàn)低共熔融溫度。耐火度是低共熔融狀態(tài)下的溫度,但要高于低共熔融溫度。耐火度指標(biāo)越高。表明抵抗高溫能力越好,用耐火度指標(biāo)高低將耐火材料分成“普通”、“高級(jí)”和““特級(jí)”三檔。
(1) 普通耐火度制品:耐火度1580~1770℃,耐火度1580~1770℃相當(dāng)于SiO2-Al2O3二元系中Al2O315%~45%耐火制品,組成原料的主要礦物是高嶺石。
(2) 高級(jí)耐火度制品:耐火度1770~2000℃,高鋁磚、莫來石磚、普通鎂質(zhì)制品、鎂鋁磚、普通鎂鉻磚、橄欖石磚屬于這個(gè)檔次。
(3) 特級(jí)耐火度制品:耐火度大于2000℃,純氧化物制品、熔鑄制品、高純直接結(jié)合鎂鉻磚、尖晶石磚、非氧化物制品等屬于這個(gè)檔次。但有些產(chǎn)品(用合成料)雖然耐火度并不是太高,但技術(shù)含量卻非常高,是名符其實(shí)的特級(jí)耐火材料。 目前,耐火材料界很少使用這個(gè)分類方法,它過于簡單的表述了耐火材料的技術(shù)性能。
按主晶相、酸堿性質(zhì)分類
(1) 酸性制品:
這類產(chǎn)品中以石英氧化硅(SiO2)為主要成分(第一相),SiO2屬酸性氧化物,因而得名。 硅磚是含氧化硅93%以上的硅質(zhì)制品,是酸性材料的常用代表產(chǎn)品。硅磚使用的原料有硅石、廢硅磚等。它的主要特點(diǎn)是抗酸性爐渣侵蝕能力強(qiáng)、荷重軟化溫度高、重復(fù)煅燒后體積不收縮甚至略有膨脹,但易受堿性渣的侵蝕,抗熱振性差。硅磚主要用于焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設(shè)備。 半硅磚、耐堿磚、耐酸磚中SiO2含量60%到80%,是半酸性材料。 粘土磚以耐火粘土為主要原料,含有30%~46%的氧化鋁,屬弱酸性耐火材料。耐火度1580~1770℃,抗熱振性好,對酸性爐渣有抗蝕性,應(yīng)用廣泛,是目前生產(chǎn)量最大的一類耐火材料。
(2) 堿性制品:
以MgO、CaO為主晶相,因MgO、CaO是堿土氧化物,故而稱為堿性耐火材料。 堿性耐火制品的熔點(diǎn)(耐火度)高,抗堿性渣(C/S>2)和鐵渣侵蝕能力很強(qiáng),屬于高級(jí)耐火材料,但它們易于水化。鎂鉻磚、白云石磚、橄欖石磚等產(chǎn)品,主要化學(xué)成份也是MgO和CaO,也屬于堿性材料。 堿性耐火材料主要用于平爐、吹氧轉(zhuǎn)爐、電爐、有色金屬冶煉以及一些高溫?zé)峁ぴO(shè)備上。 鎂磚是堿性耐火材料的代表,它含氧化鎂80%~85%以上,以方鎂石為主晶相。生產(chǎn)鎂磚的主要原料有菱鎂礦、海水鎂砂(由海水中提取的氫氧化鎂經(jīng)高溫煅燒而成)等。純氧化鎂的熔點(diǎn)高達(dá)2800℃,因此,鎂磚的耐火度較粘土磚和硅磚都高。 20世紀(jì)50年代中期以來,由于采用了吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼和采用堿性平爐爐頂,堿性耐火材料的產(chǎn)量逐漸增加,粘土磚和硅磚的生產(chǎn)則逐漸減少。
(3) 中性制品:
以莫來石、剛玉或碳(Al2O3、ZrO2、CrO3、SiC)為主晶相,在高溫下能較好地抵抗酸性爐渣、堿性爐渣、熔劑和其他耐火材料化學(xué)侵蝕的耐火材料。 嚴(yán)格地說,中性耐火材料僅指碳質(zhì)耐火材料,包括炭磚、石墨碳化硅制品等。也有將高鋁質(zhì)耐火材料歸于這一類的Al2O3含量較高的高鋁質(zhì)耐火材料,如硅線石磚、莫來石磚、剛玉磚等是偏酸性而趨于中性的耐火材料。近年發(fā)展起來的鋁碳磚、鋯碳磚、氧化鋁-碳化硅-碳磚、氮化硅結(jié)合碳化硅磚等碳化硅質(zhì)品種,也屬于中性耐火材料。 中性耐火制品可用作高爐的爐底、爐缸和爐腹的襯里,鋁電解槽、電石爐和鐵合金爐、盛鋼桶、電鍍槽、反應(yīng)槽、高壓釜等的內(nèi)襯。 含氧化鋁95%以上的剛玉制品是一種用途較廣的優(yōu)質(zhì)耐火材料。 鉻磚以氧化鉻為主要成分,主要以鉻礦為原料制成的,主晶相是鉻鐵礦。它對鋼渣的耐蝕性好,但抗熱振性較差,高溫荷重變形溫度較低。用鉻礦和鎂砂按不同比例制成的鉻鎂磚抗熱震性好,主要用作堿性平爐頂磚。 碳質(zhì)耐火材料是另一類中性耐火材料,根據(jù)含碳原料的成分和制品的礦物組成,分碳磚、石墨制品和碳化硅質(zhì)制品三類。碳磚是用高品位的石油焦為原料,加焦油、瀝青作粘合劑,在1300℃隔絕空氣條件下燒成。石墨制品(除天然石墨外)用碳質(zhì)材料在電爐中經(jīng)2500~2800℃石墨化處理制得。碳化硅制品則以碳化硅為原料,加粘土、氧化硅等粘結(jié)劑在1350~1400℃燒成,也可以將碳化硅加硅粉在電爐中氮?dú)夥障轮瞥傻瑁蓟柚破贰?碳質(zhì)制品的熱膨脹系數(shù)很低,導(dǎo)熱性高,耐熱振性能好,高溫強(qiáng)度高,在高溫下長期使用也不軟化,不受任何酸堿的侵蝕,有良好的抗鹽性能,也不受金屬和熔渣的潤濕,質(zhì)輕,是優(yōu)質(zhì)的耐高溫材料。缺點(diǎn)是在高溫下易氧化,不宜在氧化氣氛中使用。碳質(zhì)制品廣泛用于高溫爐爐襯(爐底、爐缸、爐身下部等)、熔煉有色金屬爐的襯里。石墨制品可以做反應(yīng)槽和石油化工的高壓釜內(nèi)襯。碳化硅與石墨制品還可以制成熔煉銅同金和輕合金用的坩堝。
按耐火材料的主要晶相分類 所謂主要成份是指第一相和第二相成份,含量大約占化學(xué)成份總量的90%左右?,F(xiàn)代耐火材料技術(shù)發(fā)展越來越多項(xiàng)材料配料,故出現(xiàn)第二相、第三相成份,調(diào)節(jié)第二相、第三相成份即可產(chǎn)生新的技術(shù),在化學(xué)組成上超出了第一相分類局限性,是應(yīng)用最普遍的一種分類方法。
(1) 硅鋁系列品:要硅鋁系列材質(zhì)中,主要成分是SiO2、Al2O3,它包括黏土磚、高鋁磚、硅線石、藍(lán)晶石、紅柱石、莫來石磚等制品。按其Al2O3含量的多少可以分為半硅質(zhì)(15~30% Al2O3)、粘土質(zhì)(30~48%Al2O3)和高鋁質(zhì)(Al2O3大于48%)三類。
(2) 鎂鉻系列制品:鎂鉻系列中主要成分是MgO、Cr2O3,方鎂石為第一相,鎂鉻尖晶石為第二相,屬于這個(gè)系列的產(chǎn)品有鎂鉻磚和鉻鎂磚。
(3) 鎂鋁系列品:主要成分是MgO、Al2O3,由于它們生成MgO.Al2O3,鎂鉻系列制品中都含有鎂質(zhì)材料。
(4) 鎂鈣系列產(chǎn)品:主要成分是以MgO、CaO為主。它們都有極高的熔點(diǎn),是重要的鎂質(zhì)材料。
(5) 鎂硅系列制品:鎂砂系的主要成分是SiO2,當(dāng)C/S<5時(shí),SiO2和MgO生成MgO.Al2O3(鎂橄欖石),從顯微礦物組成角度說,純鋁系列的主要產(chǎn)品有鎂鋁磚、方鎂石尖晶石磚、剛玉尖晶石磚,不定型材料中的鋁-尖晶石澆注料也屬于鎂鋁系列產(chǎn)品。
按礦物化學(xué)主要組成分類 這種分類與上述晶相分類比較相似,依此方法可將耐火材料主要分為六類。
(1) 硅質(zhì)制品,如硅磚、熔融石英制品;
(2) 硅鋁質(zhì)制品,如粘土磚、半硅磚、高鋁磚等;以氧化鋁和氧化硅為基本化學(xué)組成的耐火材料中,通??梢愿鶕?jù)制品中氧化鋁和氧化硅含量多少分為:硅質(zhì)制品(氧化硅大于93%)、半硅質(zhì)制品(氧化鋁占15~30%)、粘土質(zhì)制品(氧化鋁占30~48%)、高鋁質(zhì)制品(氧化鋁占48~90%)和剛玉質(zhì)制品(氧化鋁大于90%)。
(3) 鎂質(zhì)、鎂鉻質(zhì)和白云石質(zhì)制品,如鎂磚、鎂鋁磚、鎂鉻磚、白云石磚等;
(4) 碳質(zhì)制品,如碳磚、石墨粘土制品等;
(5) 鋯質(zhì)制品,如鋯英石磚、鋯莫來石磚、鋯剛玉磚等;
(6) 特殊耐火制品,如純氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等制品。 此外,耐火材料按照燒結(jié)工藝則還可分為燒結(jié)制品、熔鑄制品、熔融噴吹制品等。