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新型耐火材料的研究意义及发展趋势

2016/02/17 中国建材报

近年来钢铁生产新工艺和新技术的推广,以及节能降耗和环保方面的要求,都对新型耐火材料提出了更特殊的要求。从今后的发展趋势来看,新型的耐火材料将包括高性能的结构型耐火材料和功能型两大类耐火材料。......

  研究新型耐火材料的意义

  与国际先进水平相比,我国钢铁工业生产能耗较高,钢铁生产吨钢能耗比国际水平高出20%~40%,比日本高出320kg标准煤。由此可见,我国钢铁工业能耗高,节能降耗潜力巨大,所以,抓好节能降耗工作对提高我国钢铁工业竞争力具有重要意义。

  在最近20年间,我国钢铁工业的产量和品种都有很大发展。为适应这一发展,我国耐火材料不断进行品种与装备的更新换代,品种增加了10多个大类共100多个牌号,改变了过去传统的粘土、高铝、硅质、镁质制品为主的四大类品种结构。根据钢铁工业的发展重点,虽然钢产量不会有大的增长,但钢铁连铸比及精炼比将继续提高,设备继续趋向大型化和现代化。钢铁工业发展的这些特征,促使耐火材料仍继续提高产品质量、扩大品种,同时围绕节能降耗,生产出一些具有特定功能的耐火材料。

  新型耐火材料的发展趋势

  近年来钢铁生产新工艺和新技术的推广,以及节能降耗和环保方面的要求,都对新型耐火材料提出了更特殊的要求。从今后的发展趋势来看,新型的耐火材料将包括高性能的结构型耐火材料和功能型两大类耐火材料。

  1.结构型耐火材料

  结构型耐火材料的总体发展趋势将是高纯度化、致密化、精密化、含碳耐火材料的普及化、氧化物和非氧化物材料的复合化和不定形化。特别是不定形耐火材料将在今后一段时期内有较大的应用市场,这是因为它具有生产周期短、节约能源、整体性好、适应性强、综合使用效果好等优点。不定形耐火材料自身的技术发展趋势有以下几方面。①材质方面:近年来,不定形耐火材料的材质正由中性、酸性氧化物材料向碱性氧化物材料和氧化物与非氧化物复合材料发展,由低纯度向高纯度发展,所用的原料则由以天然耐火原料为主向人工合成耐火原料发展。②结合方式:近年来,不定形耐火材料的结合方式向着水合结合→化学结合→水合结合+凝聚结合→聚合结合→凝聚结合的方向发展。③作业性能:近年来不定形耐火材料的作业性能向着由难触变到易触变再到无触变(易流动)的方向发展。从流变学的观点来说,即从塑—弹性向粘—塑—弹性与粘—塑性的方向发展。④调合用水量:近年来不定形耐火材料调合用水量正由高水分向低水分及无水分方向发展。不定形耐火材料取得的最为瞩目的新技术突破包括自结合不定形耐火材料、自烧结不定形耐火材料、自流型不定形耐火材料。

  以轧钢加热炉为例,我国加热炉用耐火材料先后采用了普通粘土砖和高铝砖、捣打料和可塑料、普通浇注料和高性能浇注料。近年来,国内有关耐火材料研究和生产单位对加热炉用耐火材料进行攻关,使加热炉用耐火材料得到了长足的进步,我国加热炉用耐火材料的技术水平接近世界先进水平。目前,我国加热炉用耐火材料正在向一个新时期——智能型快干浇注料和快干自流浇注料时期过渡。

  2.功能型耐火材料

  功能型耐火材料包括高性能隔热耐火材料、高辐射率节能涂料、高导热和高导电耐火材料、高性能快速蓄热耐火材料等。

  高性能隔热耐火材料包括耐火纤维制品、超细微孔轻质砖、轻质不定形耐火材料等,这类材料具有很低的热导率,砌筑炉墙时使用这类材料可以大幅度降低炉体的散热和蓄热损失,从而具有显著的节能效果。

  高辐射率节能涂料利用其热辐射波段范围内的高辐射率(或高吸收率),在炉膛内侧喷涂后,可以有效提高炉膛内火焰和烟气中辐射能的利用率,从而降低烟气出炉温度,减少排烟热损失。

  高导热耐火材料用于高温烟气的热交换和余热回收。当燃气温度为1300℃左右时,使用热效率为60%的陶瓷热交换器,可节省燃料约48%,而使用金属热交换器仅能节省燃料24%。高导热率是对陶瓷热交换器材料的起码要求,碳化硅材料具有良好的机械性能和很高的导热率,是目前广泛使用的陶瓷热交换器材料。

  高导电耐火材料在直流电弧炉中有很广泛的应用。直流电弧炉的底电极有好几种形式,其中ABB式底电极是由导电耐火材料构成的,它要求MgO、C材料构成的导电耐火材料电阻率越小越好,虽然电阻高于其他几种由金属构成的底电极,但其可靠性好,维修方便,寿命很高。

  高温空气燃料技术是近年来发展起来的一种全新的燃烧与极限余热回收技术,该技术利用蓄热室将烟气中的余热充分回收,并将助燃空气加热到800~1000℃以上,而排烟温度可降至130~150℃。耐火材料蓄热体是蓄热室的关键材料,它是蓄热室的换热介质,它将炉内烟气的余热吸收过来储存,然后用储存的热量将空气或燃料加热,这样,不仅提高了空气和燃料的预热温度,降低了废气的排放温度,节约能源,同时还大幅度减少了CO2和NOx的排放,有益于环境保护。

  鉴于耐火材料蓄热体的特殊使用条件,要求蓄热体必须具备良好的蓄热和放热能力,同时,在频繁的废气与空气和燃料的换向作用下,蓄热体承受剧烈的热冲击,所以,蓄热体还必须具有优异的热稳定性。目前被广泛接受的高性能快速蓄热耐火材料蓄热体主要有如下3种形式:蜂窝体、蓄热球和蓄热管。在材质上,蜂窝体主要有堇青石质和莫来石质,而蓄热球和蓄热管主要有高铝质和莫来石质。

(责任编辑:张敏 )

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