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| 耐火材料现有原料加工工艺的优化和改进 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-01-08 10:00:09 浏览次数： |
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（中国粉体技术网/远志）在现有原料的基础上对生产工艺进行优化和改进，或选择全新的生产工艺，从而使原料具有改进的特性或低的成本。近期这方面的进展较多，下面从工艺角度，包括改进生产工艺、添加生产工序和采用全新生产工艺等方面分别予以简单介绍。
1 改进生产工艺
工艺改进是在原料现有工艺基础上，通过调整工艺参数、添加外加剂等，使原料具有特殊的性能或性能更为稳定。这方面的例子有：
1.1 具有增塑性的煅烧氧化铝
在传统的喷补料中，通常加入含SiO2 的物质如硅灰和软质粘土等(称之为增塑剂)来改善喷补料的流变性，从而增加喷补料的粘性和减少物料反弹。当采用铝酸盐水泥作为结合剂时，加入含SiO2 的增塑剂由于低熔物相的形成会降低材料的高温性能，从而降低喷补料的使用寿命。某厂家的CT10SG 型煅烧氧化铝是一种可以取代硅灰和软质粘土的新型增塑剂，它具有高的比表面积(13m²/g)，d50 为3μm，并且具有独特的保水性能，可以增加喷补料的粘性。
1.2 易施工活性氧化铝
刚玉和尖晶石基高性能高纯泵送浇注料的关键技术问题是在低加水量的情况下具有可泵送能力。但普通刚玉和尖晶石质高纯浇注料在不含硅微粉时，浇注料的剪切应力过大，有时还存在严重的胀性现象，使得浇注料的加水混合和泵送变得困难。虽然二氧化硅微粉的加入可使浇注料获得理想的流变性(较低的屈服应力和塑性粘度)，可以实现泵送，但它将降低高温下的热机械性能和抗侵蚀性。国外某公司开发了新型氧化铝微粉，使得浇注料在双活塞泵的极大压力下也能表现出适宜的流变行为。
1.3 抗老化铝酸盐水泥
“老化”是浇注料干混料在保存期间，水泥、浇注料原料以及保存环境氛围之间相互作用，对水泥反应以及浇注料性能影响的通称。老化导致浇注料施工性能变化，如硬化和脱模时间延长。根据铝酸盐水泥老化机理的研究，某水泥厂家在原铝酸钙水泥的基础上开发了新型铝酸钙水泥。这种新的水泥基本性能同原铝酸钙水泥相当，但能够有效抵抗老化，为低水泥浇注料提供一个稳定的施工性能，延长浇注料的保存期。
1.4 温度不敏感型铝酸盐水泥
除树脂等有机物结合的不定形耐火材料外，大多数不定形耐火材料需要加入一定量的水或含水的结合剂，调制成一定的状态通过浇注、喷涂、涂抹或捣打等方法来施工。由于含水的物料体系对温度比较敏感，如结合剂的硬化性能、添加剂的活性等受到环境温度的影响，因此环境温度就成为影响不定形耐火材料施工的一个关键参数。针对铝酸盐水泥结合的耐火浇注料来说，温度较高(如大于35℃)和较低时(小于5℃)浇注料凝结硬化时间相差较大，甚至出现速凝或不硬化的现象。针对这种情况，国内外开发出了对环境温度不敏感的铝酸盐水泥，在一定的温度范围内(5～35℃)，浇注料的凝结硬化时间变化较小，并且不会出现低温不硬化的情况。例如采用国外某公司产品，20 ℃时浇注料硬化开始时间为1.5～2.5 h，5 ℃时浇注料硬化开始时间为7～10 h。
1.5 改性酚醛树脂
酚醛树脂由于具有热硬性、干燥强度大、高温强度较高和环境污染少等优点，被广泛应用于镁碳砖的制备(注：也包括部分其它种类不烧砖)，其结合原理主要是通过固化过程中自身链段发生交联反应形成的网络结构来提高结合剂与材料之间的机械互锁力。但由于酚醛树脂自身结构比较单一，固化后形成的网络结构不够致密，使得以酚醛树脂结合的镁碳砖存在低温强度不足的问题；同时，酚醛树脂原料之一的苯酚来源于石油化工产品，随着原油价格的不断提高，苯酚的价格也越来越高，导致酚醛树脂的成本日益增长，从而在一定程度提高了镁碳砖的生产成本。木质素是一种芳香族高分子化合物，主要来源于纸浆废液，成本低廉，且其分子结构中含有大量的酚羟基和醛基官能团，这些官能团的存在可以部分替代苯酚制备木质素改性酚醛树脂(LPF)。LPF 在固化过程中，其中的木质素链段可以发生交联形成网络结构，而且酚醛树脂的链段也可以形成网络结构，使得改性后的树脂固化后形成互穿网络结构，提高其交联密度，在一定程度上提高结合剂与材料之间的机械互锁力，从而达到进一步提高结合强度的效果。
此外，铝碳材料一般使用酚醛树脂作为结合剂。由于铝碳制品中的碳在烘烤和使用过程中容易被氧化，从而降低制品的使用寿命。硼的化合物经常作为防氧化添加剂加入到铝碳材料中。为了进一步提高材料性能，王建国等在铝碳材料中引入硼改性酚醛树脂作为(部分)结合剂，以改善铝碳耐火材料的性能。结果表明：硼改性树脂的残碳量较高；加入硼改性酚醛树脂不利于铝碳材料的强度，但可以提高铝碳材料的抗氧化性和抗热震性。
1.6 辅料
耐火材料也添加一些非耐火物质，如金属硅粉、金属铝粉、金属镍粉、钢纤维等，这些物质虽然不属于耐火材料，但它们可以和耐火材料中的其它物质反应形成耐火的物质(如金属硅粉、铝粉)，或者这些物质在耐火材料中起到某些特殊的作用，如金属镍可作为含碳材料的催化剂，钢纤维添加到浇注料中可达到增强增韧的效果，这些物质可称之为辅料。目前辅料多直接采用现有的工业级产品，大多数没有专门针对耐火材料的应用进行优化。随着对耐火材料性能要求的逐渐提高，这些辅料尽管添加量不大，但对耐火材料的性能仍有一定的影响。因此，应该针对耐火材料的需求对这些辅料的生产工艺进行优化，以提高耐火材料的性能。
2 采用全新生产工艺
采用全新生产工艺指完全抛弃旧的生产工艺，采用了全新的生产工艺来生产原料，从而使原料具有改进的特性、性能更为稳定，或成本更低。这方面的例子有：
2.1 新方法合成镁铝尖晶石
镁铝尖晶石的生产目前普遍采用固相法，包括电熔法和烧结法，其中烧结法又包括一步煅烧和二步煅烧。该方法无疑是最简单、最方便的合成尖晶石的工艺。但存在的显著缺点是合成温度高，而在煅烧过程中加入添加剂又会影响产物的纯度，无法满足高技术领域的要求。王修慧等综述了目前常用的制备镁铝尖晶石粉体的各种方法的工艺程、特点及其产物的性能特征。
这些方法包括：(1)固相法，包括传统固相法和凝胶固相法；(2)沉淀法，包括均匀沉淀法和共沉淀法；(3)溶胶凝胶法，包括溶胶凝胶法和聚合物网络凝胶法；(4)水热合成法；(5)燃烧合成法；(6)溶液蒸发法，包括火焰喷射热解法、蒸发分解法、气溶胶热解法、冷冻干燥法；(7)超临界法。经分析指出纯度和粒度是粉体最重要的两个性能指标；降低合成温度、简化工艺过程是今后制备技术发展的趋势。金属醇盐可能成为获得高纯度产物最有应用前景的前驱物；水热处理、溶剂蒸发、超临界干燥等物理手段是解决粒度最有效的途径。
2.2 空心微珠
轻质原料(轻量化原料)一般分为空心球原料和多孔原料，空心球原料又分为两种，一种为漂珠等煤粉燃烧过程中形成的副产品，另一种为人工合成的产品，如电熔喷吹法生产的氧化铝空心球。从物理性能上比较(如粒度、强度等)，漂珠优于氧化铝空心球和多孔原料。漂珠从很早以前的废弃物逐渐变成了今天的紧缺商品，而且价格日益高涨。人工合成漂珠类空心球并用于隔热耐火材料将具有很好的市场前景。目前国内已经有多种方法来制备空心微珠。耐火材料行业可以借鉴以用到漂珠的生产工艺中，同时还可以生产其它材质的漂珠类原料。
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