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耐火材料多元化發展分析

更新時間:2017-12-14 15:19:29   來源:
   耐火材料是鋼鐵工業的基礎性材料。耐材工業和鋼鐵工業相互促進,共同發展。隨著我國經濟進入新常態,鋼鐵工業出現了一系列新特征:産能過剩,盈利能力下降,環境資源約束增強,轉型升級面臨更多挑戰等。鋼鐵工業的新常態對處于産業鏈上遊的耐材工業提出了新要求、新思維並促生新變化。耐材的性能及應用近年來呈現特性化、多元化、精細化、高效化和低耗化的特點,耐火原料的發展必須與之相適應,也將向多元化、豐富化、特色化等新態勢演變。 碳化硼
     1 對耐火原料新要求的多元體現 
     1.1 綠色環保的新要求 
     1.1.1 滿足潔淨鋼冶煉的要求 
    潔淨鋼冶煉對煉鐵、煉鋼用相關輔料和耐材減少和避免汙染鐵水、鋼水方面提出了新的要求。研究和實踐發現,鋁硅系耐材對鋼水會有所汙染,鎂質材料不汙染,而含有遊離CaO的材料則非但不汙染,還有潔淨鋼水的作用。爲此,有良好抗水化性的燒結和電熔含遊離CaO的鎂鈣原料受到青睐。 
    爲了減少含碳耐材對鋼水的增碳汙染,需要降低碳複合耐材的碳含量。爲了消除降碳對抗熱震、抗侵蝕等性能的副作用,需要引入彌散化碳源。促進了適合耐火材料用各種納米碳源如炭黑、納米碳管、石墨烯的研發和生産。 
    爲了減少中間包工作襯對精煉後鋼水的"回磷"作用,開發了低磷或無磷的結合體系。2.1.2 滿足鋼鐵工業"綠色化"的要求
    鑒于Cr6+有致癌作用,含鉻耐材已被國家列入限制使用的産品,用低鉻和無鉻新材料取代含鉻材料勢在必行。如高性能鎂碳磚、鎂鋁尖晶石磚、鎂锆磚等應用于RH 等精煉爐,可取代傳統的鎂鉻磚。 
    高爐出鐵口用的炮泥普遍采用焦油做結合劑,爲減少生産和使用過程中對環境的汙染,促使人們開發新的環保型結合劑。 
    爲了減少傳統硅酸鋁耐火纖維在生産、加工、使用安裝、用後處理等過程對環境及人體的危害,生物可降解鈣鎂硅系耐火纖維已被開發使用。 
    1.1.3 滿足鋼鐵工業節能減排的要求 
    作爲工業爐襯材料,采用節能型耐材勢在必行。近幾年開發和應用的有利于節能的新原料有:微孔結構輕質莫來石-質原料、莫來石質中空球、輕量化微孔燒結氧化鋁、CA6-MA 複相輕質骨料、橄榄石輕質料、尖晶石輕質料、納米孔二氧化硅粉體及其聚合體等。 
    1.2 發展經濟型耐材 
    目前,與耐火原料産業鏈相關的耐材行業、鋼鐵工業處于低迷期,低價中標成爲該供應鏈關系的方向標。另一方面,有的高品位天然礦物原料如高鋁礬土逐漸枯竭,礦石品位下降且品質波動增大,靠高檔原料提高性能、廉價原料降低成本的技術配置路線逐漸走到盡頭。受此取向的引導,廉價型、經濟型耐火原料和制品將成爲大趨勢。 
    低消耗是經濟型耐材的主要發展方向。原料實現低消耗的主要方向是擴大天然生料、輕燒料、再生料的使用範圍。爲保證耐材的高溫體積穩定性,天然原料多須在高溫下燒結或電熔,使其達到瘠性化,盡可能趨于熱力學平衡態。這會導致能耗高,也會造成一定程度的能力富余,某種意義上造成隱形資源和能源浪費。可開發和應用比傳統燒結溫度有所降低的非平衡態原料,甚至可直接加入一定量的天然生料,在一定程度上降低耐材的能耗。 
    已有研究表明,添加一定量天然生料的澆注料有良好的效果,生料受熱後分解逸出的氣體形成通道,有助于提高抗爆裂性能。在鋁硅澆注料中加入生煤矸石或輕燒煤矸石,受熱後生成原位莫來石,可提高其熱態抗折強度、荷重軟化溫度,改善抗熱震性,同時也有助于實現重質材料的輕量化。 
    面對高品位礦漸趨枯竭,低品位礦日益成爲主要原料來源的現狀,人們須重新考量原料和制品指標的科學性、合理性和適應性,優化原料配置,使其更具優良的和有競爭力的性價比。應考慮適當降低某些非熔體沖刷、侵蝕部位所用高鋁質耐材的A12O3 含量和體積密度,放寬對某些 
    中低溫部位所用鋁硅質耐材雜質含量的要求。 
    1.3 多元化的趨勢 
    1.3.1 原料材質、形式和特性的多元化 
    近幾年堿性原料的新品種、多元化方面有新進展。如通過在MgO中添加其他成分,開發的新原料有鎂鐵尖晶石、鎂鋁鐵複合尖晶石、鎂鋁钛複合尖晶石等;合成鎂橄榄石重質和輕質原料正在開展;稀土改性的MgO-CaO砂、電熔MgO-CaO砂已投放市場;方鎂石一尖晶石二相複合的燒結料和電熔料已投放市場等。開發的含CaO的新原料有六鋁酸鈣、鈣長石、钛鋁酸鈣、CA6-MA複合原料等。 
    爲滿足不同使用條件、使用溫度的需要,鋁土礦熟料的系列化尚需完善。目前Al2O3含量的劃分尚粗放;體積密度似乎越高越好,缺乏系列化;粒度供應爲傳統型的,缺乏多元化。從體積密度來考量,目前不乏重質和輕質原料,但中密度料幾乎處于空白。目前使用重質耐材的部位,有的可使用相對輕量化的材料,或可將目前所用重質材料的體積密度降低0.1~0.5g?cm-3甚至更多。 
    爲了彌補單一耐火原料某一或某些性能的不足,平衡其綜合性能,多相複合原料逐漸被接納和關注。如在剛玉和莫來石原料基礎上發展的锆莫來石原料,兼具抗侵蝕性和低膨脹性,其改進型锆剛玉莫來石料的性能則更優越。電爐底用MgO-CaO-Fe2O3系合成料、鎂鋁鐵尖晶石合成料、MgO-ZrO2-TiO2系合成料、ZrB2-SiC材料及新近出現的A12O3-TiO2-CaO系合成料等多相複合原料都具有相對更好的綜合性能。受梯度功能材料的啓發,近幾年梯度原料的概念被提出並進行制備探索。如:用表面碳酸化法生産防水化的鎂鈣砂;爲了兼顧顆粒的高強度和低導熱性,可使其體積密度從表面到內部呈梯度變化;顆粒表面組分與內部組分的差異化設計,可有利于實現界面原位反應形成的正效應。 
    近幾年"組合原料"逐漸興起。它突破了傳統單一原料的概念。如水泥供應商根據季節、用戶産品系列、特性、施工等要求,將減水劑、緩凝劑、促凝劑、增塑劑等與水泥混合後提供給客戶,提高其使用的方便性、可操作性。有的供應商直接提供鋼包用高檔鋁鎂澆注料的添加料,將各種微粉及減水劑優化配置,組合打包銷售。 
    人們發現,不少所謂"原位耐火材料"往往表現更優。如原位生成莫來石、尖晶石、碳化硅、氮化硅、塞隆等,對制品的強化和改性作用往往大于加入相應預合成的料。將含有目標組分的原料預先配置于材料中使其在生産、服役過程中生成所需的目標成分和物相,是物美價量、多快好省的方案。 
 
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