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| 耐火材料現有原料加工工藝的優(yōu)化和改進(jìn) |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-01-08 10:00:09 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠志）在現有原料的基礎上對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，或選擇全新的生產(chǎn)工藝，從而使原料具有改進(jìn)的特性或低的成本。近期這方面的進(jìn)展較多，下面從工藝角度，包括改進(jìn)生產(chǎn)工藝、添加生產(chǎn)工序和采用全新生產(chǎn)工藝等方面分別予以簡(jiǎn)單介紹。
1 改進(jìn)生產(chǎn)工藝
工藝改進(jìn)是在原料現有工藝基礎上，通過(guò)調整工藝參數、添加外加劑等，使原料具有特殊的性能或性能更為穩定。這方面的例子有：
1.1 具有增塑性的煅燒氧化鋁
在傳統的噴補料中，通常加入含SiO2 的物質(zhì)如硅灰和軟質(zhì)粘土等(稱(chēng)之為增塑劑)來(lái)改善噴補料的流變性，從而增加噴補料的粘性和減少物料反彈。當采用鋁酸鹽水泥作為結合劑時(shí)，加入含SiO2 的增塑劑由于低熔物相的形成會(huì )降低材料的高溫性能，從而降低噴補料的使用壽命。某廠(chǎng)家的CT10SG 型煅燒氧化鋁是一種可以取代硅灰和軟質(zhì)粘土的新型增塑劑，它具有高的比表面積(13m²/g)，d50 為3μm，并且具有獨特的保水性能，可以增加噴補料的粘性。
1.2 易施工活性氧化鋁
剛玉和尖晶石基高性能高純泵送澆注料的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是在低加水量的情況下具有可泵送能力。但普通剛玉和尖晶石質(zhì)高純澆注料在不含硅微粉時(shí)，澆注料的剪切應力過(guò)大，有時(shí)還存在嚴重的脹性現象，使得澆注料的加水混合和泵送變得困難。雖然二氧化硅微粉的加入可使澆注料獲得理想的流變性(較低的屈服應力和塑性粘度)，可以實(shí)現泵送，但它將降低高溫下的熱機械性能和抗侵蝕性。國外某公司開(kāi)發(fā)了新型氧化鋁微粉，使得澆注料在雙活塞泵的極大壓力下也能表現出適宜的流變行為。
1.3 抗老化鋁酸鹽水泥
“老化”是澆注料干混料在保存期間，水泥、澆注料原料以及保存環(huán)境氛圍之間相互作用，對水泥反應以及澆注料性能影響的通稱(chēng)。老化導致澆注料施工性能變化，如硬化和脫模時(shí)間延長(cháng)。根據鋁酸鹽水泥老化機理的研究，某水泥廠(chǎng)家在原鋁酸鈣水泥的基礎上開(kāi)發(fā)了新型鋁酸鈣水泥。這種新的水泥基本性能同原鋁酸鈣水泥相當，但能夠有效抵抗老化，為低水泥澆注料提供一個(gè)穩定的施工性能，延長(cháng)澆注料的保存期。
1.4 溫度不敏感型鋁酸鹽水泥
除樹(shù)脂等有機物結合的不定形耐火材料外，大多數不定形耐火材料需要加入一定量的水或含水的結合劑，調制成一定的狀態(tài)通過(guò)澆注、噴涂、涂抹或搗打等方法來(lái)施工。由于含水的物料體系對溫度比較敏感，如結合劑的硬化性能、添加劑的活性等受到環(huán)境溫度的影響，因此環(huán)境溫度就成為影響不定形耐火材料施工的一個(gè)關(guān)鍵參數。針對鋁酸鹽水泥結合的耐火澆注料來(lái)說(shuō)，溫度較高(如大于35℃)和較低時(shí)(小于5℃)澆注料凝結硬化時(shí)間相差較大，甚至出現速凝或不硬化的現象。針對這種情況，國內外開(kāi)發(fā)出了對環(huán)境溫度不敏感的鋁酸鹽水泥，在一定的溫度范圍內(5～35℃)，澆注料的凝結硬化時(shí)間變化較小，并且不會(huì )出現低溫不硬化的情況。例如采用國外某公司產(chǎn)品，20 ℃時(shí)澆注料硬化開(kāi)始時(shí)間為1.5～2.5 h，5 ℃時(shí)澆注料硬化開(kāi)始時(shí)間為7～10 h。
1.5 改性酚醛樹(shù)脂
酚醛樹(shù)脂由于具有熱硬性、干燥強度大、高溫強度較高和環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于鎂碳磚的制備(注：也包括部分其它種類(lèi)不燒磚)，其結合原理主要是通過(guò)固化過(guò)程中自身鏈段發(fā)生交聯(lián)反應形成的網(wǎng)絡(luò )結構來(lái)提高結合劑與材料之間的機械互鎖力。但由于酚醛樹(shù)脂自身結構比較單一，固化后形成的網(wǎng)絡(luò )結構不夠致密，使得以酚醛樹(shù)脂結合的鎂碳磚存在低溫強度不足的問(wèn)題；同時(shí)，酚醛樹(shù)脂原料之一的苯酚來(lái)源于石油化工產(chǎn)品，隨著(zhù)原油價(jià)格的不斷提高，苯酚的價(jià)格也越來(lái)越高，導致酚醛樹(shù)脂的成本日益增長(cháng)，從而在一定程度提高了鎂碳磚的生產(chǎn)成本。木質(zhì)素是一種芳香族高分子化合物，主要來(lái)源于紙漿廢液，成本低廉，且其分子結構中含有大量的酚羥基和醛基官能團，這些官能團的存在可以部分替代苯酚制備木質(zhì)素改性酚醛樹(shù)脂(LPF)。LPF 在固化過(guò)程中，其中的木質(zhì)素鏈段可以發(fā)生交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò )結構，而且酚醛樹(shù)脂的鏈段也可以形成網(wǎng)絡(luò )結構，使得改性后的樹(shù)脂固化后形成互穿網(wǎng)絡(luò )結構，提高其交聯(lián)密度，在一定程度上提高結合劑與材料之間的機械互鎖力，從而達到進(jìn)一步提高結合強度的效果。
此外，鋁碳材料一般使用酚醛樹(shù)脂作為結合劑。由于鋁碳制品中的碳在烘烤和使用過(guò)程中容易被氧化，從而降低制品的使用壽命。硼的化合物經(jīng)常作為防氧化添加劑加入到鋁碳材料中。為了進(jìn)一步提高材料性能，王建國等在鋁碳材料中引入硼改性酚醛樹(shù)脂作為(部分)結合劑，以改善鋁碳耐火材料的性能。結果表明：硼改性樹(shù)脂的殘碳量較高；加入硼改性酚醛樹(shù)脂不利于鋁碳材料的強度，但可以提高鋁碳材料的抗氧化性和抗熱震性。
1.6 輔料
耐火材料也添加一些非耐火物質(zhì)，如金屬硅粉、金屬鋁粉、金屬鎳粉、鋼纖維等，這些物質(zhì)雖然不屬于耐火材料，但它們可以和耐火材料中的其它物質(zhì)反應形成耐火的物質(zhì)(如金屬硅粉、鋁粉)，或者這些物質(zhì)在耐火材料中起到某些特殊的作用，如金屬鎳可作為含碳材料的催化劑，鋼纖維添加到澆注料中可達到增強增韌的效果，這些物質(zhì)可稱(chēng)之為輔料。目前輔料多直接采用現有的工業(yè)級產(chǎn)品，大多數沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對耐火材料的應用進(jìn)行優(yōu)化。隨著(zhù)對耐火材料性能要求的逐漸提高，這些輔料盡管添加量不大，但對耐火材料的性能仍有一定的影響。因此，應該針對耐火材料的需求對這些輔料的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以提高耐火材料的性能。
2 采用全新生產(chǎn)工藝
采用全新生產(chǎn)工藝指完全拋棄舊的生產(chǎn)工藝，采用了全新的生產(chǎn)工藝來(lái)生產(chǎn)原料，從而使原料具有改進(jìn)的特性、性能更為穩定，或成本更低。這方面的例子有：
2.1 新方法合成鎂鋁尖晶石
鎂鋁尖晶石的生產(chǎn)目前普遍采用固相法，包括電熔法和燒結法，其中燒結法又包括一步煅燒和二步煅燒。該方法無(wú)疑是最簡(jiǎn)單、最方便的合成尖晶石的工藝。但存在的顯著(zhù)缺點(diǎn)是合成溫度高，而在煅燒過(guò)程中加入添加劑又會(huì )影響產(chǎn)物的純度，無(wú)法滿(mǎn)足高技術(shù)領(lǐng)域的要求。王修慧等綜述了目前常用的制備鎂鋁尖晶石粉體的各種方法的工藝程、特點(diǎn)及其產(chǎn)物的性能特征。
這些方法包括：(1)固相法，包括傳統固相法和凝膠固相法；(2)沉淀法，包括均勻沉淀法和共沉淀法；(3)溶膠凝膠法，包括溶膠凝膠法和聚合物網(wǎng)絡(luò )凝膠法；(4)水熱合成法；(5)燃燒合成法；(6)溶液蒸發(fā)法，包括火焰噴射熱解法、蒸發(fā)分解法、氣溶膠熱解法、冷凍干燥法；(7)超臨界法。經(jīng)分析指出純度和粒度是粉體最重要的兩個(gè)性能指標；降低合成溫度、簡(jiǎn)化工藝過(guò)程是今后制備技術(shù)發(fā)展的趨勢。金屬醇鹽可能成為獲得高純度產(chǎn)物最有應用前景的前驅物；水熱處理、溶劑蒸發(fā)、超臨界干燥等物理手段是解決粒度最有效的途徑。
2.2 空心微珠
輕質(zhì)原料(輕量化原料)一般分為空心球原料和多孔原料，空心球原料又分為兩種，一種為漂珠等煤粉燃燒過(guò)程中形成的副產(chǎn)品，另一種為人工合成的產(chǎn)品，如電熔噴吹法生產(chǎn)的氧化鋁空心球。從物理性能上比較(如粒度、強度等)，漂珠優(yōu)于氧化鋁空心球和多孔原料。漂珠從很早以前的廢棄物逐漸變成了今天的緊缺商品，而且價(jià)格日益高漲。人工合成漂珠類(lèi)空心球并用于隔熱耐火材料將具有很好的市場(chǎng)前景。目前國內已經(jīng)有多種方法來(lái)制備空心微珠。耐火材料行業(yè)可以借鑒以用到漂珠的生產(chǎn)工藝中，同時(shí)還可以生產(chǎn)其它材質(zhì)的漂珠類(lèi)原料。
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