耐火材料是指耐火度不低于1580℃的一類無機非金屬材料，鎂碳磚價格因其在高溫條件下物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于我國工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，如鋼鐵、有金屬、水泥、石化、軍工等，它是保證行業(yè)正常運行和技術(shù)革新發(fā)展的重要基礎(chǔ)支撐材料。

        澆注料施工

        耐火材料有很多種分類方法，按照供貨形態(tài)可分為定型耐火材料和不定型耐火材料。耐火澆注料是一種典型的不定型耐火材料，它是由合理級配的骨料顆粒、細粉與結(jié)合劑及外加劑共同組成的混合料。耐火澆注料通常以干態(tài)，無同定的外形，加水或其他液體可制成漿狀、泥膏狀和松散狀，進行澆注施工。澆注成形后經(jīng)過一段時間的水化、凝固后獲得一定強度，烘烤后無需燒制可直接使用。耐火澆注料具有生產(chǎn)工藝簡單、施工方便，使用壽命長等優(yōu)點，常被作為熱工窯爐和設(shè)備的內(nèi)襯材料而廣泛使用。近些年來，耐火澆注料的新品種不斷出現(xiàn)，通過改變材料的組合配比及生產(chǎn)工藝，結(jié)合劑添加的劑量和類別，外加劑的選擇以及制備技術(shù)的更新，都使其綜合使用效果不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴展。筆者以國內(nèi)外有關(guān)耐火澆注料的報道為例，系統(tǒng)地介紹不定型耐火澆注料的組成、發(fā)展及應(yīng)用。

        1、不定型耐火澆注料的組成

        1.1耐火骨料

        耐火澆注料的骨料類型很多，包括粘土質(zhì)骨料、高鋁質(zhì)骨料、堿性骨料、硅質(zhì)骨料、莫來石質(zhì)骨料、剛玉質(zhì)骨料、隔熱骨料等，其中使用較廣泛的有高鋁質(zhì)骨料、莫來石質(zhì)骨料及剛玉質(zhì)骨料。

        1.1.1高鋁質(zhì)骨料

        高鋁質(zhì)骨料是以天然生高鋁礬土為原料，通過均質(zhì)化成形，經(jīng)過烘烤、鍛燒等工藝制成，是一種適用于工業(yè)窯爐內(nèi)襯的重要耐火材料。它具有原料來源豐富、成分均勻穩(wěn)定、強度好、耐火度高和耐磨性優(yōu)良等特點，深受市場青睞。

        以高鋁質(zhì)骨料為基礎(chǔ)的耐火產(chǎn)品在水泥工業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。張巍等曾以高鋁質(zhì)骨料與細粉為原料，使用二氧化硅微粉和鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，制備了水泥窯用低水泥澆注料。研究結(jié)果表明：隨著熱處理溫度的升高，耐火澆注料產(chǎn)品的體積密度先減小后增大，而常溫抗折強度和耐壓強度先增大后減小再增大，說明了該產(chǎn)品有良好的抗熱震性能。單玉香等在分析回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部耐火材料的使用情況和損毀機理時，以高鋁礬土熟料為主要原料，鋁酸鈣為結(jié)合劑，同時加入氧化鋁微粉，二氧化硅微粉，棕剛玉，藍晶石，鋯英石，碳化硅，尖晶石，鋼纖維，聚丙烯纖維和復(fù)合外加劑等，通過正交實驗，測得合理數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：復(fù)合外加劑和合理級配的高鋁質(zhì)骨料顆粒可以顯著改善澆注料的性能，此澆注料應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯的可行性較高。

        鋁礬土骨料

        1.1.2莫來石質(zhì)骨料

        莫來石是一系列由鋁硅酸鹽組成的礦物統(tǒng)稱，天然的莫來石晶體為細的針狀且呈放射簇狀。它具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、高強度的機械性能、高溫耐腐蝕性和抗蠕變性，高耐火度等特性，因此在陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等方面都有著廣泛應(yīng)用。

        張巍等將用莫來石質(zhì)骨料制備的澆注料試樣在110℃烘干后,分別在10001500℃的梯度溫度下進行熱處理，發(fā)現(xiàn)抗折強度隨溫度逐漸升高而先減小后增大，耐壓強度則先增大后減小。秦振敏通過對配方設(shè)計不斷改良后發(fā)現(xiàn)，利用莫來石一剛玉體系燒結(jié)材料，其高溫力學(xué)性能比純剛玉材料或純莫來石優(yōu)異。而在研究自流性能與顆粒組成關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用細粉(<0.074量量)的含量為22%39%時的流動值較好，當(dāng)膨脹劑以復(fù)合形式加入，且加入量為5%8%時，澆注料燒后線收縮率最好。

        1.1.3剛玉質(zhì)骨料

        剛玉質(zhì)耐火澆注料具有良好的高溫耐磨性,且對酸堿性爐渣及金屬玻璃溶液只有優(yōu)異的抗侵蝕性能，因而被廣泛應(yīng)用于建材、冶金等高溫工業(yè)領(lǐng)域。賀智勇、衛(wèi)青峰等研究了SiO2微粉加入量對ρ-Al2O3微粉結(jié)合剛玉質(zhì)耐火澆注料性能的影響。研究表明：摻入2%的SiO2微粉水化后形成網(wǎng)狀絮凝結(jié)構(gòu),與ρ-Al2O3微粉反應(yīng)生成莫來石，增強了顆粒間燒結(jié)程度和結(jié)合能力，大幅度提高了中低溫段抗折強度及烘干強度。李志剛等研究了納米碳酸鈣對剛玉質(zhì)耐火澆注料性能的影響：實驗結(jié)果表明：在高于900℃的處理溫度下，納米碳酸鈣的粒度較小,分散均勻度高，且原位結(jié)合易生成鋁酸鈣礦物，因此含納米碳酸鈣的剛玉質(zhì)耐火澆注料的抗折強度較含鋁酸鈣水泥的澆注料要高。賀中央等研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)減水劑加入量—定時,澆注料的流動性、抗折強度隨納米碳酸鈣的加入量的增加而降低,顯孔率則隨之逐漸升高;當(dāng)澆注料流動值一定時，1000℃及1600℃處理下的澆注料顯氣孔率、冷熱態(tài)強度隨納米碳酸鈣加入量增大均顯著提升。王周福等指出，引人少量的納米二氧化硅能夠顯著提高其常溫物理性能，但由于納米二氧化硅增強澆注料的燒結(jié)程度，使其抗熱震性能隨之降低。

        1.2結(jié)合劑

        結(jié)合劑是指添加到不定逛耐火材料中，使其具有作業(yè)性能和生坯強度或干燥強度的物質(zhì)。耐火澆注料一般要求結(jié)合劑具有好的分散性、潤滑性以及高硬化強度，所以結(jié)合劑的合理選擇決定了成形體的致密性乃至耐火澆注料的優(yōu)異性能。

        1.2.1鋁酸鈣水泥

        耐火澆注料結(jié)合劑很多，常用的結(jié)合劑有水玻璃、鋁酸鈣水泥、磷酸和磷酸鹽、淀粉、糊精等。以鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑的耐火澆注料是目前使用較為廣泛，結(jié)合劑(如鋁酸鈣水泥)與水在一定的溫度和濕度條件下發(fā)生水化反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物產(chǎn)生膠凝結(jié)合作用，因而具有早期強度高、生產(chǎn)成本低、高溫性能好等優(yōu)點。賈全利等以剛玉為骨料，純鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑,研究了純鋁酸鈣水泥對剛玉一尖晶石澆注料性能的影響。結(jié)果表明：隨著純鋁酸鈣水泥加入量的不斷增加，試樣的抗折強度呈現(xiàn)出先增加，1000℃后迅速降低。李勝友等研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)水泥加入量為25%左右時，澆注料的顯氣孔率最高，抗折強度也最大;逐漸增加水泥量，澆注料的顯氣孔率及抗折強度逐漸降低，穩(wěn)定性逐漸恢復(fù)。

        1.2.2磷酸鹽類

        另一個常用的結(jié)合劑就是磷酸鹽類結(jié)合劑。磷酸鹽的結(jié)合機理主要是與物料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)和膠結(jié)，磷酸鹽結(jié)合劑依附于材料顆粒的表面時形成一層低強度高粘附作用的膠體薄膜，隨著溫度的升高，結(jié)合劑的濃度隨材料中水的減少而增大，在這個過程中與氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使粘附作用轉(zhuǎn)變成化學(xué)作用，提高了材料的強度。

        磷酸二氫鋁是一種典型的磷酸鹽類結(jié)合劑，其在凝結(jié)硬化前具有可塑性，施工方便，成本低廉，可在常溫下硬化，適用于制作不定形態(tài)耐火材料。賈江議等研究了磷酸二氫鋁對Al2O3-SiO2系澆注料性能的影響，結(jié)果顯示：隨著P2O5/Al2O3摩爾比的減小，結(jié)合劑在水中的溶解度下降，膠結(jié)性能降低，試樣的強度降低。當(dāng)磷酸二氫鋁的加入量少于12%時，材料難以成形，結(jié)合劑不能起膠結(jié)作用;當(dāng)用量大于15%時，會導(dǎo)致試樣氣孔率升高，強度降低。因此磷酸二氫鋁的加入量對產(chǎn)品的性能有較大影響。

        1.3外加劑

        外加劑是強化結(jié)合劑作用和提高基質(zhì)相性能的材料，它是耐火骨料、耐火粉料和結(jié)合劑構(gòu)成的基本組分之外的材料，故稱外加劑。外加劑品種較多，分為促凝劑、分散劑、減水劑、抑制劑、早強劑、緩凝劑、防爆劑、快干劑、燒結(jié)劑和膨脹劑等。筆者以減水劑，分散劑為例進行論述。

        1.3.1減水劑

        減水劑的使用極大地改善了澆注料的流動性，可以在較低用水量的情況下使其無需機械振動即可成形，有效地提高澆注料的綜合性能。常見的減水劑有聚磷酸鹽類和有機鹽類兩大類。張海波等提出：未加減水劑的耐火泥料需要添加8%的水才能產(chǎn)生觸變流動，而加入聚磷酸鹽類減水劑的耐火泥料則需要添加6.0%6.5%的水;而有機類減水劑的作用效果比聚磷酸鹽更為顯著，只要5%5.5%的水就能滿足自流需要。薛海濤等在用聚羧酸鹽作減水劑探究其對鋁酸鈣水泥水化過程的影響中發(fā)現(xiàn)：添加聚羧酸鹽會導(dǎo)致流動值增加而需水量更低，同時可以改善混凝土的流動性和硬化性。魏軍從等通過探究多種減水劑對剛玉質(zhì)自流澆注料泥漿粘度的影響，得出各種減水劑的最佳加入量(酸式三聚磷酸鈉0.08%、三聚磷酸鈉0.05%、六偏磷酸鈉0.04%、復(fù)合磷酸鈉0.05%、木質(zhì)磺酸鈣0.10%),并發(fā)現(xiàn)在pH=10的水溶液中，加入0.04%的六偏磷酸鈉做減水劑，泥漿有更好的分散效果。

        1.3.2分散劑

        分散劑是一類加入到干物料中并加水拌合后，能保持澆注料流動值基本不變，可顯著降低拌合用水量的化合物。分散劑可大致分為無機類分散劑和有機類分散劑。當(dāng)無機類電解質(zhì)作分散劑時，若加入量過少，達不到所需效果;加入量過多則會起到凝聚作用，甚至?xí)腚s質(zhì)，因此分散劑的加入量是影響耐火澆注料的性能的一個重要因素。

        李姿等以純鋁酸鹽水泥結(jié)合的無SiO2微粉剛玉質(zhì)澆注料為研究對象，通過加入不同的分散劑作對比，探究對澆注料性能的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，4種分散劑都能量著降低漿體粘度，分散效果好，且試樣的各項物理性能都較優(yōu)。李寧等在研究不同分散劑對3種不同系統(tǒng)的剛玉質(zhì)澆注料基質(zhì)漿體流變學(xué)特性影響時發(fā)現(xiàn)，在剛玉細粉一水泥一硅微粉系統(tǒng)中，分散劑加入量為0.1%0.3%時，F(xiàn)S20的分散效果最好，加水量最少(水量為基質(zhì)的12%)。同樣,程鵬等在探究不同分散劑對Al2O3—SiC—C系超低水泥自流澆注料性能的影響時，發(fā)現(xiàn)為使?jié)沧⒘汐@得自流性，漿體的表面粘度應(yīng)該小于375mPaS,且加入0.06%聚丙烯酸鈉后漿料粘度降低效果最佳。

        鎂質(zhì)澆注料

        2、不定型耐火澆注料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢不定型耐火澆注料作為使用最多的一類不定型耐火材料，已廣泛應(yīng)用于石油化工、建材、窯爐構(gòu)筑物及熱工設(shè)備等多個行業(yè)，如水泥窯的高溫?zé)蓭Ъ皣娒鹤斓饶蜔醿?nèi)襯;石油精煉中的他化袈化裝量的提升管反應(yīng)器、高溫內(nèi)襯等;加熱爐的水冷管及電爐鋼包出嘴角等。通過引入結(jié)合劑、外加劑等，輔以烘烤和燒結(jié)熱處理，使得耐火澆注料具有產(chǎn)品品種豐富化、材料純凈化、粒度級配合理化等發(fā)展特點。

        不定型耐火澆注料未來將向以下幾個方面發(fā)展：

        1)結(jié)合劑、外加劑的使用種類不斷增加;

        2)耐火澆注料的產(chǎn)品多樣化、性能優(yōu)界化;

        3)耐火澆注料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展;

        4)耐火澆注料中使用微粉、亞微粉將漸漸取代水泥，增強物理性能等。

        近年來，耐火澆注料技術(shù)正在不斷更新?lián)Q代，在多個領(lǐng)域都實現(xiàn)了良好的應(yīng)用價值及經(jīng)濟效益。今后若能結(jié)合如納米粉體等相關(guān)技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，耐火澆注料將出現(xiàn)更多能耗低、質(zhì)最優(yōu)良的新品種，從而排動高溫工業(yè)領(lǐng)域更快更好地發(fā)展。