中性耐火材料高鋁質制品中的主晶相是莫來石和剛 耐火材料玉,剛玉的含量隨著氧化鋁含量的增加而增高,含氧化鋁95%以上的剛玉制品是壹種用途較廣的優質耐火材料。鉻磚主要以鉻礦為原料制成的,主晶相是鉻鐵礦。它對鋼渣的耐蝕性好,但抗熱震性差,高溫荷重變形溫度較低。用鉻礦和鎂砂按不同比例制成的鉻鎂磚抗熱震性好,主要用作堿性平爐頂磚。 碳質制品是另壹類中性耐火材料,根據含碳原料的成分和制品的礦物組成,分為碳磚、石墨制品和碳化矽質制品三類。碳磚是用高品位的石油焦為原料,加焦油、瀝青作粘合劑,在1300℃隔絕空氣條件下燒成。石墨制品(除天然石墨外)用碳質材料在電爐中經2500~2800℃石墨化處理制得。碳化矽制品則以碳化矽為原料,加粘土、氧化矽等粘結劑在1350~1400℃燒成。也可以將碳化矽加矽粉在電爐中氮氣氛下制成氮化矽-碳化矽制品。
碳質制品的熱膨脹系數很低,導熱性高,耐熱震性能好,高溫強度高。在高溫下長期使用也不軟化,不受任何酸堿的侵蝕,有良好的抗鹽性能,也不受金屬和熔渣的潤濕,質輕,是優質的耐高溫材料。缺點是在高溫下易氧化,不宜在氧化氣氛中使用。碳質制品廣泛用於高溫爐爐襯(爐底、爐缸、爐身下部等)、熔煉有色金屬爐的襯裏。石墨制品可以做反應槽和石油化工的高壓釜內襯。碳化矽與石墨制品還可以制成熔煉銅同金和輕合金用的坩堝。
堿性耐火材料 以鎂質制品為代表。它含氧化鎂80%~85%以上, 耐火材料包裝機以方鎂石為主晶相。生產鎂磚的主要原料有菱鎂礦、海水鎂砂由海水中提取的氫氧化鎂經高溫煆燒而成)等。對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性。純氧化鎂的熔點高達2800℃,因此,鎂磚的耐火度較粘土磚和矽磚都高。20世紀50年代中期以來,由於采用了吹氧轉爐煉鋼和采用堿性平爐爐頂,堿性耐火材料的產量逐漸增加,粘土磚和矽磚的生產則在減少。堿性耐火材料主要用於平爐、吹氧轉爐、電爐、有色金屬冶煉以及壹些高溫熱工設備。
氧化物材料如氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯、氧化鈾、氧化鎂、氧化鈰和氧化釷等熔點在2050~3050℃。
耐火材料難熔化合物材料如碳化物(碳化矽、碳化鈦、碳化鉭等)、氮化物(氮化硼、氮化矽等)、硼化物(硼化鋯、硼化鈦、硼化鉿等)、矽化物(二矽化鉬等)和硫化物(硫化釷、硫化鈰等)。它們的熔點為2000~3887℃,其中最難熔的是碳化物。
高溫復合材料如金屬陶瓷、高溫無機塗層和纖維增強陶瓷等。
生產工藝根據制品的致密程度和外形不同,有燒結法、熔鑄法和熔融噴吹法等。 耐火材料磨具燒結法是將部分原料預燒成熟料,破碎和篩分,再按壹定配比與生料混合,經過成型、幹燥和燒成。原料預燒的目的是將其中的水分、有機雜質、硫酸鹽類分解的氣體燒除,以減少制品的燒成收縮,保證制品外形尺寸的準確性。原料在破碎和研磨後還需要經過篩分,因為坯料由不同粒度的粉料進行級配,可以保證最緊密堆積而獲得致密的坯體。
為了使各種生料和熟料的成分和顆粒均勻化,要進行混煉,同時加入結合劑,以增強坯料結合強度。如矽酸鋁質坯料加入結合粘土,鎂質坯料加入亞硫酸紙漿廢液,矽質坯料加入石灰乳等。根據坯料含水量的多少,可以采用半幹法成型(約含5%水分),可塑法成型(約含 15%水分)和註漿法成型(約含40%水分)。然後進行幹燥和燒成。熔鑄法是將原料經過配料混勻和細磨等工序,在高溫熔化,直接澆鑄,經冷卻結晶、退火成為制品。如熔鑄莫來石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們的坯體致密,機械強度高、高溫結構強度大,抗渣性好,使用範圍不斷在擴大。熔融噴吹法是將配料熔化後,以高壓空氣或過熱蒸汽進行噴吹,使之分散成纖維或空心球的方法。制品主要用作輕質耐火、隔熱材料。此外,還可制成粉狀或粒狀不定形耐火材料,臨用時以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽等結合劑膠結,不經成型和燒結而直接使用。
主要成分酸性耐火材料以氧化矽為主要成分,常用的有矽磚和粘土磚。矽磚是含氧化矽93%以上的矽質制品,使用的原料有矽石、廢矽磚等,其抗酸性爐渣侵蝕能力強,荷重軟化溫度高,重復煆燒後體積不收縮,甚至略有膨脹;但其易受堿性渣的侵蝕,抗熱振性差。矽磚主要用於焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設備。粘土磚以耐火粘土為主要原料,含有30%~46%的氧化鋁,屬弱酸性耐火材料,抗熱振性好,對酸性爐渣有抗蝕性,應用廣泛。
中性耐火材料以氧化鋁、氧化鉻或碳為主要成分。含氧化鋁95%以上的剛玉制品是壹種用途較廣的優質耐火材料。以氧化鉻為主要成分的鉻磚對鋼渣的耐蝕性好,但抗熱振性較差,高溫荷重變形溫度較低。碳質耐火材料有碳磚、石墨制品和碳化矽質制品,其熱膨脹系數很低,導熱性高,耐熱振性能好,高溫強度高,抗酸堿和鹽的侵蝕,不受金屬和熔渣的潤濕,質輕。廣泛用作高溫爐襯材料,也用作石油、化工的高壓釜內襯。
堿性耐火材料以氧化鎂、氧化鈣為主要成分,常用的是鎂磚。含氧化鎂80%~85%以上的鎂磚,對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性,耐火度比粘土磚和矽磚高。主要用於平爐、吹氧轉爐、電爐、有色金屬冶煉設備以及壹些高溫設備上。
在特殊場合應用的耐火材料有高溫氧化物材料,如氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯等,難熔化合物材料,如碳化物、氮化物、硼化物、矽化物和硫化物等;高溫復合材料,主要有金屬陶瓷、高溫無機塗層和纖維增強陶瓷等。