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耐火材料多元化发展分析

更新时间:2017-12-14 15:19:29   来源:
   耐火材料是钢铁工业的基础性材料。耐材工业和钢铁工业相互促进,共同发展。随着我国经济进入新常态,钢铁工业出现了一系列新特征:产能过剩,盈利能力下降,环境资源约束增强,转型升级面临更多挑战等。钢铁工业的新常态对处于产业链上游的耐材工业提出了新要求、新思维并促生新变化。耐材的性能及应用近年来呈现特性化、多元化、精细化、高效化和低耗化的特点,耐火原料的发展必须与之相适应,也将向多元化、丰富化、特色化等新态势演变。 碳化硼
     1 对耐火原料新要求的多元体现 
     1.1 绿色环保的新要求 
     1.1.1 满足洁净钢冶炼的要求 
    洁净钢冶炼对炼铁、炼钢用相关辅料和耐材减少和避免污染铁水、钢水方面提出了新的要求。研究和实践发现,铝硅系耐材对钢水会有所污染,镁质材料不污染,而含有游离CaO的材料则非但不污染,还有洁净钢水的作用。为此,有良好抗水化性的烧结和电熔含游离CaO的镁钙原料受到青睐。 
    为了减少含碳耐材对钢水的增碳污染,需要降低碳复合耐材的碳含量。为了消除降碳对抗热震、抗侵蚀等性能的副作用,需要引入弥散化碳源。促进了适合耐火材料用各种纳米碳源如炭黑、纳米碳管、石墨烯的研发和生产。 
    为了减少中间包工作衬对精炼后钢水的"回磷"作用,开发了低磷或无磷的结合体系。2.1.2 满足钢铁工业"绿色化"的要求
    鉴于Cr6+有致癌作用,含铬耐材已被国家列入限制使用的产品,用低铬和无铬新材料取代含铬材料势在必行。如高性能镁碳砖、镁铝尖晶石砖、镁锆砖等应用于RH 等精炼炉,可取代传统的镁铬砖。 
    高炉出铁口用的炮泥普遍采用焦油做结合剂,为减少生产和使用过程中对环境的污染,促使人们开发新的环保型结合剂。 
    为了减少传统硅酸铝耐火纤维在生产、加工、使用安装、用后处理等过程对环境及人体的危害,生物可降解钙镁硅系耐火纤维已被开发使用。 
    1.1.3 满足钢铁工业节能减排的要求 
    作为工业炉衬材料,采用节能型耐材势在必行。近几年开发和应用的有利于节能的新原料有:微孔结构轻质莫来石-质原料、莫来石质中空球、轻量化微孔烧结氧化铝、CA6-MA 复相轻质骨料、橄榄石轻质料、尖晶石轻质料、纳米孔二氧化硅粉体及其聚合体等。 
    1.2 发展经济型耐材 
    目前,与耐火原料产业链相关的耐材行业、钢铁工业处于低迷期,低价中标成为该供应链关系的方向标。另一方面,有的高品位天然矿物原料如高铝矾土逐渐枯竭,矿石品位下降且品质波动增大,靠高档原料提高性能、廉价原料降低成本的技术配置路线逐渐走到尽头。受此取向的引导,廉价型、经济型耐火原料和制品将成为大趋势。 
    低消耗是经济型耐材的主要发展方向。原料实现低消耗的主要方向是扩大天然生料、轻烧料、再生料的使用范围。为保证耐材的高温体积稳定性,天然原料多须在高温下烧结或电熔,使其达到瘠性化,尽可能趋于热力学平衡态。这会导致能耗高,也会造成一定程度的能力富余,某种意义上造成隐形资源和能源浪费。可开发和应用比传统烧结温度有所降低的非平衡态原料,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浇注料有良好的效果,生料受热后分解逸出的气体形成通道,有助于提高抗爆裂性能。在铝硅浇注料中加入生煤矸石或轻烧煤矸石,受热后生成原位莫来石,可提高其热态抗折强度、荷重软化温度,改善抗热震性,同时也有助于实现重质材料的轻量化。 
    面对高品位矿渐趋枯竭,低品位矿日益成为主要原料来源的现状,人们须重新考量原料和制品指标的科学性、合理性和适应性,优化原料配置,使其更具优良的和有竞争力的性价比。应考虑适当降低某些非熔体冲刷、侵蚀部位所用高铝质耐材的A12O3 含量和体积密度,放宽对某些 
    中低温部位所用铝硅质耐材杂质含量的要求。 
    1.3 多元化的趋势 
    1.3.1 原料材质、形式和特性的多元化 
    近几年碱性原料的新品种、多元化方面有新进展。如通过在MgO中添加其他成分,开发的新原料有镁铁尖晶石、镁铝铁复合尖晶石、镁铝钛复合尖晶石等;合成镁橄榄石重质和轻质原料正在开展;稀土改性的MgO-CaO砂、电熔MgO-CaO砂已投放市场;方镁石一尖晶石二相复合的烧结料和电熔料已投放市场等。开发的含CaO的新原料有六铝酸钙、钙长石、钛铝酸钙、CA6-MA复合原料等。 
    为满足不同使用条件、使用温度的需要,铝土矿熟料的系列化尚需完善。目前Al2O3含量的划分尚粗放;体积密度似乎越高越好,缺乏系列化;粒度供应为传统型的,缺乏多元化。从体积密度来考量,目前不乏重质和轻质原料,但中密度料几乎处于空白。目前使用重质耐材的部位,有的可使用相对轻量化的材料,或可将目前所用重质材料的体积密度降低0.1~0.5g?cm-3甚至更多。 
    为了弥补单一耐火原料某一或某些性能的不足,平衡其综合性能,多相复合原料逐渐被接纳和关注。如在刚玉和莫来石原料基础上发展的锆莫来石原料,兼具抗侵蚀性和低膨胀性,其改进型锆刚玉莫来石料的性能则更优越。电炉底用MgO-CaO-Fe2O3系合成料、镁铝铁尖晶石合成料、MgO-ZrO2-TiO2系合成料、ZrB2-SiC材料及新近出现的A12O3-TiO2-CaO系合成料等多相复合原料都具有相对更好的综合性能。受梯度功能材料的启发,近几年梯度原料的概念被提出并进行制备探索。如:用表面碳酸化法生产防水化的镁钙砂;为了兼顾颗粒的高强度和低导热性,可使其体积密度从表面到内部呈梯度变化;颗粒表面组分与内部组分的差异化设计,可有利于实现界面原位反应形成的正效应。 
    近几年"组合原料"逐渐兴起。它突破了传统单一原料的概念。如水泥供应商根据季节、用户产品系列、特性、施工等要求,将减水剂、缓凝剂、促凝剂、增塑剂等与水泥混合后提供给客户,提高其使用的方便性、可操作性。有的供应商直接提供钢包用高档铝镁浇注料的添加料,将各种微粉及减水剂优化配置,组合打包销售。 
    人们发现,不少所谓"原位耐火材料"往往表现更优。如原位生成莫来石、尖晶石、碳化硅、氮化硅、塞隆等,对制品的强化和改性作用往往大于加入相应预合成的料。将含有目标组分的原料预先配置于材料中使其在生产、服役过程中生成所需的目标成分和物相,是物美价量、多快好省的方案。 
 
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