不定型耐火材料

不定形耐火材料(unshaped refractories)由一定级配的骨料、粉料、结合剂和外加剂组成不定形状的不经烧成可供直接使用的耐火材料。

不定形耐火材料的耐火度应不低于1500℃，有些隔热不定形耐火材料的耐火度允许低于1500℃。

这类材料无固定的外形，呈松散状、浆状或泥膏状，因而也称为散状耐火材料，也可以制成预制块使用或构成无接缝的整体构筑物，也称为整体耐火材料。

不定形耐火材料具有工艺简单，生产周期短、节约能源、使用时整体性好、适应性强、便于机械化施工等特点。

简史不定形耐火材料是以耐火浇注料为基础而拓展的。

早在1918年法国已开始销售铝酸盐水泥，一般认为在1925年欧美国家才以铝酸盐水泥作为耐火浇注料的结合剂，在第二次世界大战时期，美国用耐火浇注料和耐火可塑料作为锅炉和石油设备内衬。

日本在1955年开始生产不定形耐火材料。

到1960年美、日、联邦德国不定形耐火材料分别占耐火材料产量的12.6％、1.6％和1.6％。

1966～1975年不定形耐火材料在工业发达国家实现了品种系列化，质量稳步提高、产量显著增长，1980年以前，美、日、联邦德国的不定形耐火材料产量已分别提高至37.1％、31.7％和36.8％，大致占耐火材料产量的三分之一或稍多一些。

20世纪80年代以后，工业发达国家耐火材料产量逐步有所下降，而不定形耐火材料产量并无太大变化，因而不定形耐火材料产量比率相应提高，如以日本为例：1976～1985年耐火材料产量从270万t左右降至200万t左右，而其中不定形耐火材料始终维持在90万t左右，其比率从34％提高到44％。

美国不定形耐火材料的比率已达到50％，西欧共同体为35％。

到90年代初，不定形耐火材料的产量已接近烧成耐火制品的产量，在耐火材料行业促成了巨大的变化，这也说明了不定形耐火材料的迅速发展。

中国的不定形耐火材料发展史要追溯至古代的原，始制陶时代和青铜器时代，当时所用的焙烧陶器的窑和冶炼青铜的炉(或坩埚)就是用可塑性的耐火粘土塑造或捣制而成的，这可以说就是原始的不定形耐火材料。

而现代的不定形耐火材料则是从20世纪50年代初期开始研究并在工程中得到应用的。

例如以耐火捣打料修筑炼钢炉底，感应炉内衬；采用硅酸盐水泥和水玻璃为结合剂配制的耐火浇注料，当时称l为耐热混凝土；60年代铝酸盐水泥(也称矾土水泥或高铝水泥)研制成功后，耐火浇注料在质量上有所提高，纯铝酸钙水泥耐火浇注料和磷酸盐结合耐火浇注料、耐火捣打料在工业窑炉上也得到普遍应用。

同时在石油工业窑炉上开始采用水玻璃或铝酸盐水泥隔热浇注料和耐火喷涂料。

到70年代在钢铁工业的轧钢生产用窑炉中耐火可塑料获得广泛应用。

80年代以来，耐火喷涂料(喷补料)、耐火浇注料(尤其是粘土结合耐火浇注料和低水泥耐火浇注料、无水泥耐火浇注料)发展迅速。

应用方面也由一般工业窑炉扩展到连铸、盛钢桶、高炉出铁沟以及高炉、转炉等的维修。

1977年中国正式采用%26ldquo;不定形耐火材料%26rdquo;名称。

1976年以前不定形耐火材料年产量10万t以下，1990年达125万t，约为耐火材料总产量的15％。

分类不定形耐火材料主要按其气孔率和使用分类，也可按其采用的结合剂种类和耐火骨料材质分类。

按气孔率分有致密不定形耐火材料与隔热不定形耐火材料两类。

致密不定形耐火材料也称为普通或重质不定形耐火材料，隔热不定形耐火材料也称为轻质不定形耐火材料。

按照国际标准(IS(|)1927%26mdash;75)分类，隔热不定形耐火材料经烘干后的试样气孔率不低于45％。

按使用类型分主要有耐火浇注料、耐火喷涂料、耐火喷补料、耐火可塑料、耐火捣打料、耐火压注料、耐火投射料、耐火涂抹料、耐火泥浆和干式振动料。

(1)耐火浇注料。

也称耐火浇灌料，以耐火骨料和粉料与适当的结合剂、外加剂配制而成，具有良好的触变性能，一般以浇注或浇注振实的方法施工。

(2)耐火喷涂料与喷补料。

材料组成接近耐火浇注料，颗粒级配需适应喷涂或喷补施工的特殊要求，利用风动机具进行施工，施工方法有湿法、干法或半干法。

(3)耐火可塑料。

以耐火骨料和粉料与适当的结合剂、外加剂配制而成，呈泥坯状或不规则料团状，在一定时间内保持较好的可塑状态，一般采用风动捣打工具施工。

(4)耐火捣打料。

以耐火骨料和粉料与适当的结合剂等配制而成，呈松散状，以强力捣打方法施工。

(5)耐火压注料。

以耐火骨料和粉料、结合剂和外加剂组成，呈膏状或泥浆状，以挤压泵将料强力压入的方法施工。

(6)耐火投射料。

主要采用硅石质、锆英石质、高铝质等材料作为骨料和粉料，以水玻璃或结合粘土作为结合剂，或加入适当的外加剂配制而成，利用投射机进行投射施工。

(7)耐火涂抹料。

以耐火细骨料和粉料或者仅以耐火粉料加入适当的结合剂、外加剂配制而成。

其含水(或其他液体)量较高，以手工或风动机具涂抹或喷涂施工。

(8)耐火泥浆。

也称砌筑和接缝材料，以耐火粉料与适当结合剂、外加剂配制而成，品种有陶瓷结合耐火泥浆、水硬性结合耐火泥浆和化学结合耐火泥浆，用抹刀或类似工具施工。

按结合剂种类分根据其化学性质可分为无机结合剂不定形耐火材料和有机结合剂不定形耐火材料两类。

根据其硬化方式可分为气硬性结合剂、水硬性结合剂、热硬性结合剂类型。

(见结合剂)按骨料材质分有致密骨料和隔热骨料。

致密骨料主要有粘土质、高铝质、硅质、镁质、白云石质、尖晶石质、铬质、含锆质、含碳质、含碳化硅质等品种，此外还有各种材质的隔热骨料、主要有浮石、漂珠、蛭石、陶粒、膨胀珍珠岩、多孔熟料和氧化铝空心球等，也可利用隔热耐火制品或碎块制成的颗粒骨料。

组成包括耐火骨料和粉料、结合剂、外加剂等。

其用量应根据不定形耐火材料的不同品种和用途决定。

一般情况下骨料用量约占65％以上，粉料用量约为10％～35％，结合剂用量为8％～15％，外加剂通常少于1％，极少超过4％，用水(或液体)为8％～12％。

而在低水泥耐火浇注料中，作为结合剂的水泥用量和用水量都降低，而耐火泥浆中，用水(或液体)量都大为增加。

骨料和粉料骨料分为粗骨料(%26ge;3mm)、细骨料(3～0.088mm)、粉料分为细粉料(0.088～0.01mm)、超细粉(%26le;0.01mm)。

骨料在组成中用量最多并起骨架作用。

粉料除起着填充空隙、改善施工性能和保证密实作用外，有时还与某些结合剂发生反应，使不定形耐火材料具有强度或改善其他性能。

粉料可采用与骨料相同的材质(见耐火粉料)，应用中粉料的材质往往高于骨料的材质。

选用隔热骨料时，其颗粒容重应小于1.2g／cm3。

骨料的颗粒级配有连续级配和间断级配之分，间断级配是抽掉连续级配中某一粒度区间而成。

在不定形耐火材料原料配制中，由于所用骨料的最大粒径偏小，一般采用连续级配，合理选择优良的颗粒形状和级配，可以获得最大的密实度和良好的施工性能。

不同品种的不定形耐火材料应选择适宜的颗粒级配，在实际应用中根据使用要求通过试验确定其颗粒级配组成。

结合剂不定形耐火材料在使用前未经高温烧结，颗粒间依靠结合剂的作用粘结为整体，并使构筑物或制品具有一定的强度。

一般认为结合剂将结合物结合为整体是取决于结合物本身的凝结硬化性质和结合剂与结合物之间产生的粘结作用。

结合剂必须能与耐火骨料和粉料的表面最大限度地接触，此外还应具有硬化时的体积稳定性。

(见结合剂)外加剂不定形耐火材料采用的外加剂种类较多，主要有促硬剂、减水剂、膨胀剂等。

(见外加剂)(1)促硬剂，也称促凝剂。

不同品种的结合剂应选用各自需要的促硬剂。

例如以粘土为结合剂时常温强度很低，为提高其强度，必须加入促硬剂，一般采用硅酸盐水泥或氧化钙作为促硬剂。

以磷酸盐为结合剂时，常用的促硬剂有氧化镁、氧化钙、氢氧化铝、氟化铵等，其中以氧化镁使用最为普遍，中国则采用硅酸盐水泥或铝酸盐水泥，其中以铝酸盐水泥使用最为普遍。

(2)减水剂。

主要用于以水泥为结合剂的耐火浇注料、耐火可塑料及耐火泥浆等不定形耐火材料中，采用的减水剂有萘磺酸甲醛缩合物钠盐、木质素磺酸钙、磺化焦油类、烷基磺酸钠、柠檬酸钠、碳酸氢钠、六偏磷酸钠、酒石酸、尿素、三聚磷酸钠、盐酸羟胺、葡萄糖酸钠等，这些减水剂有的可以单独使用，有的可以复合使用，以增强减水效果。

(3)膨胀剂。

为提高不定形耐火材料的体积稳定性，不定形耐火材料作为整体炉衬或预制构件使用时，必须具备良好的体积稳定性，而某些不定形耐火材料往往因为高温收缩而产生裂缝、龟裂和剥落现象，因此加入各种膨胀剂以期改善其性能，如粘土质和高铝质不定形耐火材料可选用石英、软质粘土、蓝品石等作为膨胀剂。

以石英作为膨胀剂时，利用石英在1200～1470℃温度范围内，%26alpha;-石英不断转化为半安定性石英产生的体积膨胀。

以磷酸盐为结合剂时，加入适量生粘土，利用其加热时所产生的二次莫来石化也可以起到膨胀作用。

膨胀剂中以蓝晶石应用最多，蓝晶石在高温煅烧时，于l300℃开~始分解，不可逆地转化为莫来石并析出SiO2，到1360～1400℃分解加快，1500℃后出现石英玻璃和莫来石，伴随这些反应产生约10％～12％体积膨胀。

除了上述常用外加剂外，根据配制不同品种不定形耐火材料的需要，比较经常采用的还有增塑剂、保存剂、发泡剂、缓凝剂等。

(见外加剂)应用不定形耐火材料主要应用于冶金工业、机械工业、能源、化学工业和建筑材料工业的各种窑炉和热工构筑物。

冶金工业方面从铁矿烧结、炼焦、炼铁、炼钢、炉外精炼、连铸直到轧钢生产等，几乎每一生产环节的冶金炉和热工设备都使用不定形耐火材料。

大型高炉外壳内侧采用耐火喷涂料，炉底特殊部位采用耐火捣打料，修补时采用耐火喷补料和耐火压注料。

大型高炉出铁沟从使用氧化铝一碳化硅质耐火捣打料改进为采用耐火浇注料，使出铁沟的通铁量显著增加。

此外，高炉炮泥也全部采用不定形耐火材料。

大型热风炉球顶及炉壳内侧采用耐火喷涂料，热风炉热风阀内衬普遍应用耐火浇注料，热风炉和高炉的热风管道内衬大都采用了耐火浇注料。

铁矿烧结用点火炉、保温炉和大型咽囱内衬，采用了耐火可塑料、耐火浇注料和耐火喷涂料。

在炼钢方面耐火喷补料应用较多，盛钢桶内衬不定形耐火材料的应用也明显增加，逐步成为发展应用的重点。

在连铸方面用作连铸中间罐衬和挡渣堰板等。

炉外精炼用浸渍管、整体喷枪、真空脱气装置内冲寸也全部或部分采用了不定形耐火材料。

轧钢生产用的均热炉和加热炉中不定形耐火材料应用最广、效果最为显著，以耐火可塑料和浇注料用于加热炉水冷管包扎取得了良好的节能效果。

在炼焦方面主要使用耐火泥浆，此外，还用于干熄焦炉内衬以及焦炉炉门、烟道、抵抗墙等部位。

在有色冶金工业方面，不定形耐火材料主要用于电解槽、铅锌密闭鼓风炉、铝反射炉、炼铜工频感应电炉、炼铜闪速炉、阳极炉、电极炉、转炉等重要设备。

其他工业方面不定形耐火材料用于机械工业方面的各种感应炉、盐浴炉、热处理炉内衬等。