耐火材料refractories
中國在4000多年前就使用雜質(zhì)少的粘土，燒成陶器，并已能鑄造青銅器。東漢時(shí)期（公元25～220）已用粘土質(zhì)耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀(jì)初，耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發(fā)展，同時(shí)發(fā)展了完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和高耐火纖維（用于1600℃以上的工業(yè)窯爐）。前者如氧化鋁質(zhì)耐火混凝土，常用于大型化工廠合成氨生產(chǎn)裝置的二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)壁，效果良好。50年代以來，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、新能源開發(fā)技術(shù)等的迅速發(fā)展，要求使用耐高溫、抗腐蝕、耐熱震、耐沖刷等具有綜合優(yōu)良性能的特種耐火材料，例如熔點(diǎn)高于2000℃的氧化物、難熔化合物和高溫復(fù)合耐火材料等。
分類 分為普通和特種耐火材料兩大類。普通耐火材料按化學(xué)特性分為酸性、中性和堿性。特種耐火材料按組成分為高溫氧化物、難熔化合物和高溫復(fù)合材料（見表）。
主要品種 在普通和特種耐火材料中，常用的品種主要有以下幾種：
酸性耐火材料 用量較大的有硅磚和粘土磚。硅磚是含93％以上SiO2的硅質(zhì)制品，使用的原料有硅石、廢硅磚等。硅磚抗酸性爐渣侵蝕能力強(qiáng)，但易受堿性渣的侵蝕，它的荷重軟化溫度很高，接近其耐火度，重復(fù)煅燒后體積不收縮，甚至略有膨脹，但是抗熱震性差。硅磚主要用于焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設(shè)備。粘土磚中含30％～46％氧化鋁，它以耐火粘土為主要原料，耐火度1580～1770℃，抗熱震性好，屬于弱酸性耐火材料，對酸性爐渣有抗蝕性，用途廣泛，是目前生產(chǎn)量最大的一類耐火材料。
中性耐火材料 高鋁質(zhì)制品中的主晶相是莫來石和剛玉，剛玉的含量隨著氧化鋁含量的增加而增高，含氧化鋁95％以上的剛玉制品是一種用途較廣的優(yōu)質(zhì)耐火材料。鉻磚主要以鉻礦為原料制成的，主晶相是鉻鐵礦。它對鋼渣的耐蝕性好，但抗熱震性差，高溫荷重變形溫度較低。用鉻礦和鎂砂按不同比例制成的鉻鎂磚抗熱震性好，主要用作堿性平爐頂磚。
碳質(zhì)制品是另一類中性耐火材料，根據(jù)含碳原料的成分和制品的礦物組成，分為碳磚、石墨制品和碳化硅質(zhì)制品三類。碳磚是用高品位的石油焦為原料，加焦油、瀝青作粘合劑，在1300℃隔絕空氣條件下燒成。石墨制品(除天然石墨外)用碳質(zhì)材料在電爐中經(jīng)2500～2800℃石墨化處理制得。碳化硅制品則以碳化硅為原料，加粘土、氧化硅等粘結(jié)劑在1350～1400℃燒成。也可以將碳化硅加硅粉在電爐中氮?dú)夥障轮瞥傻瑁蓟柚破贰?
碳質(zhì)制品的熱膨脹系數(shù)很低，導(dǎo)熱性高，耐熱震性能好，高溫強(qiáng)度高。在高溫下長期使用也不軟化，不受任何酸堿的侵蝕，有良好的抗鹽性能，也不受金屬和熔渣的潤濕，質(zhì)輕，是優(yōu)質(zhì)的耐高溫材料。缺點(diǎn)是在高溫下易氧化，不宜在氧化氣氛中使用。碳質(zhì)制品廣泛用于高溫爐爐襯（爐底、爐缸、爐身下部等）、熔煉有色金屬爐的襯里。石墨制品可以做反應(yīng)槽和石油化工的高壓釜內(nèi)襯。碳化硅與石墨制品還可以制成熔煉銅同金和輕合金用的坩堝。
堿性耐火材料 以鎂質(zhì)制品為代表。它含氧化鎂80％～85％以上，以方鎂石為主晶相。生產(chǎn)鎂磚的主要原料有菱鎂礦、海水鎂砂（由海水中提取的氫氧化鎂經(jīng)高溫煅燒而成）等。對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性。純氧化鎂的熔點(diǎn)高達(dá)2800℃，因此，鎂磚的耐火度較粘土磚和硅磚都高。20世紀(jì)50年代中期以來，由于采用了吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼和采用堿性平爐爐頂，堿性耐火材料的產(chǎn)量逐漸增加，粘土磚和硅磚的生產(chǎn)則在減少。堿性耐火材料主要用于平爐、吹氧轉(zhuǎn)爐、電爐、有色金屬冶煉以及一些高溫?zé)峁ぴO(shè)備。
氧化物材料 如氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯、氧化鈾、氧化鎂、氧化鈰和氧化釷等熔點(diǎn)在2050～3050℃。
難熔化合物材料 如碳化物（碳化硅、碳化鈦、碳化鉭等）、氮化物（氮化硼、氮化硅等）、硼化物（硼化鋯、硼化鈦、硼化鉿等）、硅化物(二硅化鉬等)和硫化物(硫化釷、硫化鈰等)。它們的熔點(diǎn)為2000～3887℃，其中最難熔的是碳化物。
高溫復(fù)合材料 如金屬陶瓷、高溫?zé)o機(jī)涂層和纖維增強(qiáng)陶瓷等（見無機(jī)復(fù)合材料）。
生產(chǎn)工藝 根據(jù)制品的致密程度和外形不同，有燒結(jié)法、熔鑄法和熔融噴吹法等。燒結(jié)法是將部分原料預(yù)燒成熟料，破碎和篩分，再按一定配比與生料混合，經(jīng)過成型、干燥和燒成。原料預(yù)燒的目的是將其中的水分、有機(jī)雜質(zhì)、硫酸鹽類分解的氣體燒除，以減少制品的燒成收縮，保證制品外形尺寸的準(zhǔn)確性。原料在破碎和研磨后還需要經(jīng)過篩分，因?yàn)榕髁嫌刹煌６鹊姆哿线M(jìn)行級配，可以保證最緊密堆積而獲得致密的坯體。為了使各種生料和熟料的成分和顆粒均勻化，要進(jìn)行混煉，同時(shí)加入結(jié)合劑，以增強(qiáng)坯料結(jié)合強(qiáng)度。如硅酸鋁質(zhì)坯料加入結(jié)合粘土，鎂質(zhì)坯料加入亞硫酸紙漿廢液，硅質(zhì)坯料加入石灰乳等。根據(jù)坯料含水量的多少，可以采用半干法成型(約含5％水分)，可塑法成型(約含 15％水分)和注漿法成型（約含40％水分）。然后進(jìn)行干燥和燒成。熔鑄法是將原料經(jīng)過配料混勻和細(xì)磨等工序，在高溫熔化，直接澆鑄，經(jīng)冷卻結(jié)晶、退火成為制品。如熔鑄莫來石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們的坯體致密，機(jī)械強(qiáng)度高、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，抗渣性好，使用范圍不斷在擴(kuò)大。熔融噴吹法是將配料熔化后，以高壓空氣或過熱蒸汽進(jìn)行噴吹，使之分散成纖維或空心球的方法。制品主要用作輕質(zhì)耐火、隔熱材料。此外，還可制成粉狀或粒狀不定形耐火材料，臨用時(shí)以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽等結(jié)合劑膠結(jié)，不經(jīng)成型和燒結(jié)而直接使用。
上一條：煤油kerosene
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