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耐火原料

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  天然的和人工合成的耐高温矿物原料。将耐火骨料和粉料结合成整体,在生产、使用条件下既能保持一定强度,又不损害其性能的各种结合剂、矿化剂等称为耐火材料的辅助原料。

  主要有:耐火粘土硅质原料白云岩菱镁矿石墨叶蜡石蛭石橄榄岩蛇纹岩铬铁矿、高铝矿物、锆英石等;人工合成的耐火原料烧结刚玉合成莫来石碳化硅等。

  根据使用要求,对其化学组分(有用、有害组分),物理性质(耐火度、烧失量等)都有具体要求。

  人类自青铜器时代就开始利用粘土类矿物砌筑铜冶炼炉,有的地方则用当地产耐火石切块筑炉。在中国郑州市郊区的东汉炼铁遗址,发现用粘土加硅砂、稻壳或碎木炭等打结的炼铁炉衬。英国在1615年用斯图伯勒格粘土制成熔玻璃的坩埚,不久又制成耐火砖并在铜冶炼炉上试用成功。由于窑炉容积的扩大,用这种砖损坏太快。改用硅砂加结合剂石灰,在使用中取得成功。1822年杨格(W.W.Young)按硅砂加石灰的方法制成了硅砖,后又用硅岩制成了硅砖。1838年美国人诺顿(J.L.Norton)用高岭土为原料,经煅烧成熟料,制成了粘土砖。1855年贝塞麦发明了转炉炼钢法,1856年西门子发明了用耐火砖砌有蓄热室的反射炉(即现在的平炉),出现了生铁—矿石炼钢法。但当时受耐火砖性质所限,只能用低磷生铁炼钢,即酸性炼钢法。直到1879年英国用煅烧白云石加焦油打结炉底成功,才开始使用碱性炼钢法。

  1868年卡伦(Caran)提出菱镁矿是一种耐火原料,并介绍了用菱镁矿制砖的方法。奥地利施佩特龙(Kal Spatlon)在施蒂里亚州发现菱镁矿的大型矿床。这种矿石是属于菱镁矿与菱铁矿的混合物,因含铁量高,易烧结,欧洲则开始用此烧结镁砂掺焦油打结炉底使用成功,并迅速推广。

  炉底用碱性耐火材料,炉上部用酸性耐火材料,在两者的接触带上使用中侵蚀严重,后用铬矿砂将两者隔开获得成功。1886年英国用铬矿制砖成功。1915年英国威那姆的专利介绍用20%~80%的铬矿和烧结镁砂配合制成镁铬质及铬镁质砖。但直到20世纪30年代,在英、美、德等国才有镁铬质或铬镁质砖作为商品出售。

  1915年前后,奥地利制的拉捷克(A.Radex)牌号镁砖,因加入少量的Al

  ,而改善了镁砖的耐剥落性。后经研究发现,砖在烧成中形成了镁铝尖晶石(MgO·Al

  )矿物,因镁铝尖晶石矿物的线膨胀系数小,结构强度大,改善了砖的耐剥落性。

  1821年在法国乐波克斯发现铝土矿或称铝矾土、矾土矿,主要由一水铝石、三水铝石等矿物组成。

  刚玉为天然矿物,其硬度仅次于金刚石,颜色鲜艳,早为人类称为宝石,自然界很少。1896年德国人莫卡特发明人造刚玉制法。

  矿物命名为莫来石。合成莫来石在1926年由电熔法制成,1928年研制成烧结法制莫来石。

  虽早在1881年德国人就从海水中提取出氢氧化镁,但工业规模用海水生产耐火原料合成镁砂是1938年由英国斯蒂特利公司开始的。

  20世纪初用硅石熔融成石英玻璃(即熔融石英),60年代成功地用于连铸的浸入式水口。

  随着高温技术的发展。对耐火材料的要求不断提高,并要求研制新的耐火原料以满足使用要求。除了发掘天然原料外,人工合成耐火原料也不断研制成功,如碳化物、氮化物、硼化物等。另外,还研制出无机纤维类及空心球类(见隔热耐火材料)原料;在辅助原料中又有多种有机结合剂、无机结合剂。关于耐火原料的分类,世界各国不完全一致。按化学性质分为酸性耐火原料碱性耐火原料中性耐火原料。但通常将耐火原料分为Al

  系耐火原料、碱性耐火原料、隔热耐火原料、耐火材料结合剂、其他耐火原料。

  系耐火原料 有硅石、半硅质粘土(含叶蜡石)、耐火粘土(含高岭石)及其熟料、铝土矿(含硅线石族矿物、水铝石、莫来石)及其熟料、刚玉及工业氧化铝等。

  在过去的分类中,黏土都是被列在酸性原料中,实际是不合适的。耐火原料的酸性依据是以游离的硅石(SiO2)为主体,因为按照耐火黏土与硅质原料的化学成分而言,耐火黏土中的游离硅石比硅质原料要少得多。因为在一般耐火黏土中有30%~45%的氧化铝,而氧化铝很少是游离状态的,必然与硅石结合而成高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O),即使有多余的硅石量也很少、作用也很小。因此,耐火黏土的酸性性质较硅质原料要弱得多。

  有些人认为,耐火黏土在高温下分解成为游离硅酸、游离氧化铝,但并不是就此不变,在继续受热时游离硅酸与游离氧化铝将结合成为英莱石(3Al2O3·2SiO2)。英莱石对碱性矿渣有很好的抗酸性能,同时由于耐火黏土中氧化铝成分的增高,其酸性物质渐渐变弱,当氧化铝达到50%,便出现碱性或中性性质,特别是在超高压力下制成的黏土砖,密度大、细致紧密、气孔率低,在高温条件下对碱性矿渣的抵抗性比硅石要强。就其侵蚀性而言,英莱石也是非常迟缓的,因此我们认为把耐火黏土列为半酸性原料是比较合适的。

  中性原料主要是铬铁矿石墨碳化硅(人工制造),在任何温度条件下都不与酸性或碱性矿渣发生化学反应。目前在自然界中有两种这样的原料,即铬铁矿和石墨。石墨除天然的以外,还有人造石墨,这些中性原料,对矿渣均有显著的抵抗性能,最适合用作碱性耐火材料和酸性耐火材料的隔层。

  主要是菱镁矿(菱苦土)、白云石石灰橄榄石蛇纹石、高铝氧原料(有时呈中性),这些原料对碱性矿渣有较强的抵抗力,多用于砌筑碱性熔炉,但是特别容易和酸性矿渣起化学反应而成为盐类。

  特殊耐火材料:主要是氧化锆、氧化钛、氧化铍、氧化铈、氧化钍、氧化钇等。这些原料对各种矿渣有不同程度的抵抗性能,但是由于原料来源不多,不能在耐火材料工业中大量的应用,只能在特殊情况下采用,因此通称为特殊耐火原料。

  例如:石英鳞石英方石英玉髓燧石蛋白石石英岩、白硅砂、硅藻土,这些硅质原料中所含氧化硅(SiO2)至少在90%以上,纯净原料有氧化硅高达99%以上的。硅质原料在高温化学动态中是酸性性质,当有金属氧化物存在时,或与其接触时即起化学作用,并结合而成易熔的硅酸盐类。因此,如果硅质原料中含有少量的金属氧化物时,严重影响它的抗热性。

  :有硅石、半硅质粘土(含叶蜡石)、耐火粘土(含高岭石)及其熟料、铝土矿(含硅线石族矿物、水铝石、莫来石)及其熟料、刚玉及工业氧化铝等。

  :有石灰石、白云石、菱镁石、水镁石、镁橄榄石等的煅烧料或电熔料及镁铝尖晶石、镁铬尖晶石砂等。

本站文章于2019-10-18 10:31,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:耐火原料
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