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1、重庆科技学院课程结业（论文） 题 目 耐火材料在冶金工业中的应用 院 （系） 冶金与材料工程学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 2012年 12 月 25 日 摘要 不定型耐火材料自1918年由法国开始使用以来，以耐火浇注料为基础不断扩展，现已在需要高温窑炉的工业中得到广泛应用。尤其上世纪70年代以来，由于对冶金产品的更高的要求，不定型耐火材料在冶金窑炉中的应用越来越受重视，不定型耐火材料在不同工业炉中的选用，成为影响产品质量的关键因素。首先简要概述了不定型耐火材料的概念及应用，特别是在闪速炉等工艺中的材料的选用及前景，分析了国内外几种典型的不定型耐火材料的发展趋势
2、和市场需求情况。给出了主要发达国家对不定型耐火材料的发展规划，指出目前我国不定型耐火材料所面临的困境及挑战。关键词：不定型耐火材料，新型不定型耐火材料，发展趋势耐火材料在冶金工业中的应用1 前言 自从二战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，世界各国开始研发耐火材料。直到1955年日本开始研发、生产不定型耐火材料，到1960年美、日、联邦德国不定型耐火材料分别占耐火材料的12.6%、1.6%和1.6%，19661975年不定型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。到80年代后不定型耐火材料在耐火材料中逐渐占到30%以上，即使在工业发达国家的耐火材料产量逐步有所下降
3、的时期，不定型耐火材料产量也并无太大变化，因而不定型耐火材料产量比率相应提高。到90年代初，不定型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，这也说明了不定型耐火材料的迅速发展。 近年来，随着冶炼技术和钢铁工业的快速发展，耐火材料也实现了一系列重大技术变革，正逐步由依赖于天然原料、大批量生产的原始制品群向以多品种、小批量、人工原料、开发和设计等为原则的精密、高级制品系列转变。不定型耐火材料由于易于实现机械化、自动化施工，通过后期修补容易延长寿命，以及节约工时和材料等优点，不定型耐火材料在总体耐火材料中所占比例正逐年上升。 在国外，美国、日本和西欧等工业发达国家的不定
4、型比率已超过50%，可以预见，不定型耐火材料将逐步成为冶金工业中的主导耐火材料。现今，世界各国都在为研究出新一代的不定型耐火材料而努力着，极大推动了冶金工业的发展。2 不定型耐火材料及其应用概述不定型耐火材料由一定级配的骨料、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，耐火度不低于1500摄氏度。除了较强的耐火度外，它具有工艺简单，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，因此不定型耐火材料在炼铁、炼钢、建材、电力、石化等领域逐渐得到更加广泛的应用，尤其是在冶金领域，耐火材料是冶金工业发展的重要基础。近年来，随着世界各国钢铁工业的技术进步，高炉
5、朝着大型化、高效化和长寿化发展，逐步采用富氧喷煤、高风温操作、高压炉顶等新的冶炼技术。为适应这一发展，高炉用不定型耐火材料也有了较大的变化，长寿命、新型高效不定型耐火材料逐渐被应用，高炉寿命逐步提高。2.1 不定型耐火材料的应用 不定型耐火材料在高炉上的应用高炉是炼铁的一种重要设备，小型高炉曾采用高铝水泥和磷酸高铝质耐火材料浇注料预制块吊装砌筑 ，现在普遍采用树脂结合剂铝碳不烧砖砌筑。大型高炉水冷壁用SiC浇注料捣制、炉底垫层和周围砖缝则用耐火浇注料和氮化硅质填料，而其炉墙用耐火材料的一个发展趋势是采用浇注料。日本钢管公司福山厂2号高炉在炉身上使用了一种Al2O3 50%，SiO2 45%的高
6、密度浇注料，进过6年使用，发现很少发生剥落现象。 目前，国内外使用于高炉出铁钩的不定型耐火材料主要为Al2-O3-SiC-C（简称ASC）质，此外还有莫来石SiC-C质等。我国主要使用刚玉SiC系浇注料，日本现在绝大部分高炉出铁沟都使用ASC浇注料和修补用喷补料，部分小高炉除铁沟使用矾土或合唱莫来石-SiC-C质捣打料。德国、法国的高炉出铁沟一般也使用ASC质捣打料。最近法国研制出了自流浇注料，使主出铁沟工作衬寿命得到提高。2.1.2 不定型耐火材料在钢包上的应用出钢温度的提高和钢液在钢包中停留时间的延长，使钢包使用耐火材料发生了很大的变化。钢包曾以定型耐火材料为主体，现被不定型耐火材料替代，
7、钢包的不定形化既可以省力，又能实现工厂自动化施工和干燥，提高整体经济性。钢包侧墙为不定型时，其维修作业工时可省力40%。钢包内衬全苏不定形时，省力效果则为70%。由于Al2O3-尖晶石浇注料有抗蚀性好，结构剥落小，使用寿命长及课改善钢的质量等优点，使它成为当前钢包用耐火材料的主角，但它的使用受到温度和钢水停留时间的限制，日本Kawasaki公司研发的Al2O3-MgO浇注料，其材料强度和抗渗透性有了提高，寿命也比Al2O3-尖晶石浇注料提高了20%。目前，在钢包上试用镁质耐火材料和铝镁碳质耐火浇注料，也初见成效。2.1.3 不定型耐火材料在加热炉上的应用加热炉是加热钢坯的高温炉，由于颅内最高温
8、度约1400摄氏度左右，可用浇注料或可塑料构成整体炉顶和炉衬。武钢大型步进梁式加热炉用耐火可塑料做内衬，使用寿命达到15年，上钢二厂高速线材车间的步进式加热炉，炉子大，要求高，该厂使用粘土结构浇注料，该料施工方便，流动性好，脱模后没有蜂窝现象，适用于大面积施工与机械化作业；且高温性能好，特别是热强度，热膨胀等性能远高于一般浇注料，是一种理想的热工原料。可见，加热炉上应用不定型耐火材料作内衬，有良好的经济效果。3 不定型耐火材料在冶金工业的发展趋势及市场分析 自1955年不定型耐火材料被日本生产使用以来，冶金工业中的不定型耐火材料经过了一个由简单到复杂，即由单一耐火浇注料到耐火压注料、传统型耐火
9、材料到新型耐火材料的过程。 随着不定型耐火材料的发展，其品质和品种发生了很大的变化，可塑料、捣打料、投射料因劳动强度大，施工速度慢，近年来其产量显著减少。相反，质量好、施工易于自动化的浇注料、喷补料明显增加。近年来日本浇注料增长约25%，喷补料增长约15%，可见，今后冶金工业中的不定型耐火材料的发展重点是：加速开发高效浇注料在高温领域的应用；研究开发全干振动料、火焰喷补料和高性能涂料；研究改进喷补修补法和施工的机械化、自动化。它在冶金工业的的发展趋势由以下几个方面：（1） 材质方面不定型耐火材料的性质，近年来正由中性、酸性氧化物材料向碱性氧化物材料和氧化物与非氧化物符合材料发展，由低纯度向高纯
10、度发展，所用的原料则由以天然耐火原料为主向人工合成耐火材料发展。在逐渐提高高炉的性能与产量的同时，也减少生产成本（2） 结合方式冶金工业中飞不定型耐火材料的结合方式，近年来循着水和结合化学结合水和结合+凝聚结合聚合结合凝聚集合的方向发展，使不定型耐火材料在冶金工业中的应用更加灵活。（3） 调和用水量 随着高炉技术的不断发展，要求不定型耐火材料具有更高的实用性，为减少损害，降低成本，近年来的发展趋势是由高水分向低水分及无水分方向发展。3.2 我国不定型耐火材料面临的问题（1）经过几十年的无序开采与不当利用，我国耐火材料资源浪费严重，耐火材料矿产资源的矛盾已经比较突出，如何解决“高能耗、低效率”的
11、问题成为我国面临的主要挑战之一。（2）耐火材料的回收利用及对环境的影响，耐火材料本身对环境的污染并不严重。除了未利用的原料及用后耐火材料的堆放造成土地的荒漠化及大气灰尘外，近年来，最令人关心的铬污染。在一些发达国家中已禁止在水泥回转窑中使用镁铬耐火材料，作为替代品使用的尖晶石及白云石材料已经取得了较好的结果。在我国，有关研究及试用工作还在进行中。 尤其在冶金行业中，特别是有色冶金工业中，镁铬材料仍然是重要的耐火材料产品。与水泥工业不同，在冶金工业中的含铬耐火材料不易直接转化为六价铬，对环境的污染可能会小一些。但是，原料与废砖长期露天堆放，同样会造成六价铬进入地下水系造成污染。在目前情况下，当务
12、之急是加强废砖的保管与回收利用，同时积极开发替代产品的研究，这在有色冶金工业中尚有相当长的路要走。4 结束语 尽管冶金工业中的耐火材料的种类层出不穷，不定型耐火材料在高炉中的应用地位终将难以被取代。经过几十年的发展，基于耐火浇注料的不定型耐火材料逐步走向成熟，在完成了新一代ASC的实验与应用后，综合不定型耐火材料的各种优点，它已成为冶金工业的首选耐火材料。我们可以预见，随着科技的不断进步与发展，不定型耐火材料一定会进一步成熟，其性能价格比也将大幅度下降，最终应用到各大小冶金工业。届时实现冶金工业的高利润，低能耗，低成本，低污染的四大目标成为可能，市场需求和产值也将会出现井喷的局面。正如耐火材料
13、带来了新钢铁时代，新型不定型耐火材料将从根本上改变当今冶金工业的格局，实现更大的实用价值，为冶金工业注入新的血液。参考文献（1） 苏联全苏耐火材料研究所，黑色冶金工业主要工序用耐火材料现状和展望，国外耐火材料，1990（2） 刘开琪（钢铁研究总院特种陶瓷与耐火材料研究室），我国耐火材料的现状与发展趋势，新材料产业，2010（9）（3） 杜涛，于绍文，孟洪君（东北大学）.耐火材料的发展趋势和新技术.冶金能源，2001（1）；20卷第一期（4） 黄芳、杨慧振、王华、吴扣根（昆明理工大学），国内外不定型耐火材料在冶金工业的应用，昆明理工大学学报，1997（4）；22卷第二期（5） 梁训裕（鞍山焦化耐火材料设计研究所），钢铁工业用耐火材料技术发展新动向，维普期刊，1991（4）
