1、对如何优化耐火材料使用的探讨摘要：本文通过对耐火材料的性能与评价的分析，主要从提高耐火材料的耐火度、荷重软化温度、重烧线变化率、抗热震性、抗渣性、抗酸性、抗碱性、抗氧化性、抗水化性和抗 CO 侵蚀性等多个方面对优化耐火材料的使用性能进行了探讨。 关键词：耐火材料 使用性能 优化 中图分类号： TQ175 文献标识码： A 耐火材料是为高温技术服务的基础材料，它与高温技术尤其是高温冶炼工业的发展有密切的关系，它们之间相互依存，互为促进，共同发展。在一定条件下，耐火材料的质量品种对高温技术的发展起着关键作用。而相应的提升耐火材料的使用性能，不仅能大大的提高耐火材料的使用率，而且还能提高耐火材料的使
2、用性能。因此在我耐火材料的使用中我们就必须对耐火材料的使用性能进行优化。 1 耐火材料性能与评价 耐火材料产品作为窑炉内衬的砌筑材料，在高温使用状态下与炉渣、分解气体、粉尘接触，发生局部的热应力和高压。因此，耐火材料在使用中会时刻发生变化，必须确立使用中或使用后设定的实验方法。 耐火材料性能可分为固有的一般性能和应用时耐得住蚀损两种性能。在选择和使用耐火材料时，必须掌握其能耐得住直接蚀损的性能。当然，它与耐火材料本身固有的一般性能具有极其密切的关系，从一般性能可以类似推出能蚀损的性能。在做耐火材料性能测试与质量评价时，应仔细考虑一般性能与耐蚀损的直接性能之间的关系，一般性能大部分已经标准化、规
3、格化；关于直接的性能，一部分已经规格化，而大部分尚未修整。在工业窑炉上使用耐火材料时，存在着使用地点、操作条件、工业窑炉设计条件等问题，特别是在操作条件方面，由于炉内容积、炉型、操作温度、炉内压力、炉内气氛、溶解物、加热物、炉壳温度的不同，选择的耐火材料也不同。 2 优化耐火材料的使用性能 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化率、抗热震性、抗渣性、抗酸性、抗碱性、抗氧化性、抗水化性和抗 CO 侵蚀性等。 2.1 提高耐火度 耐火度指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能。耐火度是判定材料能否作为耐火材料使用的依据。国际标准化组织规
4、定耐火度达到 1500以上的无机非金属材料即为耐火材料。耐火度的意义与熔点不同。不能把耐火度作为耐火材料的使用温度。决定耐火度的基本因素是材料的化学矿物组成及其分布情况。各种杂质成分，特别是具有强熔剂作用的杂质成分，会严重降低制品的耐火度。 2.2 提高荷重软化温度 耐火材料荷重软化温度是指耐火制品在持续升温条件下承受恒定载荷产生变形的温度。它表示了耐火制品同时抵抗高温和载荷两方面作用的能力，在一定程度上表明制品在其使用条件相仿情况下的结构强度。影响耐火制品荷重软化温度的因素主要是其化学矿物组成和显微结构。提高原料的纯度，减少低熔物或熔剂的含量，增加成型压力，制成高密度的砖坯，可以显著提高制品
5、的荷重软化温度。 2.3 控制重烧线变化率 重烧线变化率是指烧成的耐火制品再次加热到规定的温度，保温一定时间，冷却到室温后所产生的残余膨胀和收缩。正号“+”表示膨胀，负号“”表示收缩。重烧线变化率是评定耐火制品质量的一项重要指标。化学组成相同的制品重烧线变化产生的原因，主要是耐火制品在烧成过程中，由于温度不匀或时间不足等影响，使其烧成不充分，这种制品在长期使用中，受高温作用时，一些物理化学变化仍然会继续进行，从而使制品的体积发生膨胀或收缩。这种变化对热工窑炉的砌体有极大的破坏作用，因此必须加强制品生产中的烧成控制，使该项指标控制在标准之内甚至达到更小值。 2.4 提高抗热震性 抗热震性是指耐火
6、制品对温度迅速变化所产生损伤的抵抗性能。抗热震性也称为热震稳定性、抗温度急变性、耐急冷急热性等。耐火材料在使用过程中，经常会受到环境温度的急剧变化作用。例如，铸钢用盛钢桶衬砖在浇注过程中，转炉、平炉或电炉等炼钢时的加料、出钢或操作中炉温变化等，导致制品产生裂纹、剥落甚至崩溃。此种破坏作用限制了制品和窑炉的加热和冷却速度，限制了窑炉操作的强化，是制品、窑炉损坏较快的主要原因之一。影响耐火制品抗热震性指标的主要原因是制品的物理性质，如热膨胀性、热导率等。一般来说，耐火制品的热膨胀率越大，抗热震性越差；制品的热导率越高，抗热震性就越好。此外，耐火制品的组织结构、颗粒组成和制品形状等均对抗热震性有影响
7、。2.5 提高抗渣性 抗渣性指耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀和冲刷作用的能力。熔渣侵蚀是耐火材料在使用过程中最常见的一种损坏形式，如各种炼钢炉炉衬、盛钢桶的工作衬、炼铁高炉从炉身下部到炉缸的炉衬、许多有色冶金炉衬、玻璃窑池的池壁以及水泥回转窑内衬等的损坏，多是由此种作用引起的。在实际使用中，约有 50%损坏是由于熔渣侵蚀而引起的。 耐火材料的抗渣性主要与耐火材料的化学矿物组成及组织结构有关，另外也与熔渣的性质及与其相互的条件有关。采用高纯耐火原料，改善制品的化学矿物组成，尽量减少低熔物及杂质的含量，使制品中产生液相及与外界开始反应的温度提高，是提高制品抗渣性能的有效方式。再者是注意耐火材料的选材
8、，尽量选用与渣的化学成分相近的耐火材料，减弱它们界面上的反应强度。如碱性冶金炉内衬应选用碱性耐火材料等；或是尽量改变渣的成分，使其向所用的耐火材料成分靠拢，也是改善耐火材料抗渣性能的方式之一。另外，耐火材料在使用中，还应该注意到所用材料之间化学特性应相近，防止或减轻在高温条件下的界面损毁反应。 2.6 提高抗碱性 抗碱性是耐火材料在高温下抵抗碱侵蚀的能力。耐火材料在使用中会受到碱的侵蚀，例如在高炉冶炼过程中，随着加入原料带入含碱的矿物，这些含碱矿物对铝硅系及碳质耐火材料炉衬的侵蚀受碱的浓度、温度和水蒸气的影响，它关系到高炉炉衬的使用寿命，提高耐火制品的抗碱性，可以延长高炉的使用寿命。 2.7
9、提高抗氧化性 抗氧化性是指含碳耐火材料在高温氧化气氛下抵抗氧化的能力。含碳耐火材料优良的抗渣及抗热震性使其在冶金行业上的应用越来越广泛。但是碳在高温下易氧化，这是含碳耐火材料损坏的重要原因。要提高含碳耐火材料的抗氧化性，可选择抗氧化能力强的炭素材料；改善制品的结构特征，增强制品致密程度，降低气孔率；使用微量添加剂，如 Si、Al、Mg、Zr、SiC、B4C 等。 2.8 提高抗水化性 抗水化性是碱性耐火材料在大气中抵抗水化的能力。它是表征碱性耐火材料是否烧结良好的重要指标之一。碱性耐火材料烧结不良时，其中的 CaO、MgO，特别是 CaO，在大气中极易吸潮水化，生成氢氧化物，使制品疏松损坏。其
10、化学反应式如下： CaO+H2OCa(OH)2 MgO+H2OMg(OH)2 提高碱性耐火材料的抗水化性，通常采用下列 3 种方法：（1）提高烧成温度使其死烧；（2）使 CaO、MgO 生成稳定的化合物；（3）加保护层减少与大气接触。其目的是使制品能较长时间的存放，而不致水化损坏。 2.9 提高抗 CO 侵蚀性 抗 CO 侵蚀性是耐火材料在 CO 气氛中抵抗开裂或崩解的能力。耐火制品在 400600下遇到强烈的 CO 气氛时，由于 CO 分解，游离 C 就会沉积在制品上铁点的周围，使制品崩解损坏。高炉冶炼过程中，炉身400600的部位，由于上述原因而使耐火制品开裂和组织结构疏松，是高炉炉衬损毁的重要因素之一。降低耐火制品的显气孔率及氧化铁含量，可以增强其抵抗 CO 的侵蚀能力。 结束语：综上所述，要想优化耐火材料的使用性能，就必须从多个方面进行分析，并充分考虑到耐火材料的使用特点和操作条件，只有这样，才能使耐火材料得到科学合理的利用。 参考文献： 1 赵三团 王威 徐俊 CaO 耐火材料的抗水化研究进展 耐火材料 2005（05） 2 陈幼荣 吕文斌 张松立 蒋晓臻 何剑毅 范圣良 强化耐火材料管理 优化耐火材料使用 中国水泥 2012（11）
