不烧砖发展迅速,品种增多,性能进一步提高,制品使用范围扩大。表面看不烧砖应属定型耐火材料,因为它除了不烧之外,与传统的耐火砖生产工艺没有什么区别;而从配料上使用结合剂和外加剂来看,又与不定形耐火材料相同,因此有人认为不烧砖属于不定形耐火材料范畴。
众所周知,耐火材料是在高温条件下使用的材料,何必预先烧制。其实耐火材料烧成是为了保证制品的常温和高温结构强度,以及不同温度下的体积稳定性。按照现代耐火材料制造技术,采用合适的结合剂和添加物,不烧砖完全能够达到或超过烧成砖的技术指标。生产不烧耐火制品,资源高效利用,节能减排,保护环境,应该大力发展。
1、不烧砖的品种增多
起初只是采用天然耐火原料与具有气硬性,或火硬性,或水硬性结合剂混合,制取化学结合的不烧砖,如不烧黏土砖、不烧高铝砖、不烧镁砖等。现在可以用所有耐火原料制取各种品种和不同用途的不烧砖,如不烧镁碳砖、不烧镁钙砖、不烧镁白云石砖、不烧镁铝尖晶石砖、不烧镁锆砖、不烧镁铬砖、不烧刚玉砖、不烧高铝尖晶石砖、不烧红柱石砖、不烧叶腊石砖、不烧刚玉尖晶石砖、不烧镁橄榄石砖、不烧漂珠隔热砖、不烧Al2O3-SiC-C砖、不烧MgO-SiC-C砖、不烧复合铝镁砖、不烧铁壳镁铝砖、不烧铁壳镁铬砖、不烧粉煤灰隔热砖等。可以说耐火制品(砖)的所有品种都能做出相应的不烧制品(砖)。
2、不烧砖的性能进一步提高
与烧成制品相比,不烧制品的热震稳定性较好,但强度偏低。为此,研究人员从结合剂及添加剂方面入手,做了大量试验研究。如陈龙等人研究无碳铝镁尖晶石不烧砖,采用刚玉、α-Al2O3微粉、尖晶石、电熔镁砂等主要原料,用不同结合剂,不烧砖的性能如表4。
从表4看出,硅溶胶+卤水结合的不烧砖强度较高,超过一般烧成制品。朱士本研究不同结合剂的Al2O3-SiC-C不烧砖,作为铁水包内衬的使用结果如表5。
表4不同结合剂与不烧砖的性能指标
表5不同结合剂的Al2O3-SiC-C不烧砖使用情况
不烧滑板砖是近年出现的新型滑板,主要是铝碳材料,加入适量金属粉、酚醛树脂结合剂,不用烧成和油浸工序,工艺简单。通过加入有机硅树脂,提高中、低温强度,使用次数增加。如某单位将刚玉颗粒和细粉、Al2O3微粉、炭黑等,与结合剂混合—成型—干燥—套箍—磨制—粘垫—成品,其滑板的显气孔率9.6%,体积密度2.98g/cm3,常温耐压强度MPa,(℃埋炭)高温抗折强度43.7MPa,在t钢包使用连滑2.3次,而一般生产用烧成滑板连滑1.5次,可见不烧滑板好于烧成滑板。有些结合剂虽然有一定的粘结作用,但会给制品带来杂质成分,降低耐火性能。因此有人研究新的结合剂,如李有胜等用氯氧镁水泥结合铝镁质无碳不烧砖,在高温下低熔相减少,尖晶石生成量增多。
朱森森用凝胶粉结合铝镁不烧砖,唐宁用铝酸镁结合MgO-Al2O3不烧钢包砖,其结合剂成分与砖的主成分一致,可提高制品的耐火性能及高温强度,降低熔渣的侵蚀。为了提高制品性能,还有人采用多种结合剂复合使用,既加有机和无机结合剂,又加超微粉,实现粘着结合与缩聚,凝聚等多种结合。目前,北京、上海、辽宁等地的一些化工企业,研究利用无机纳米材料,经缩聚反应制取耐高温胶泥粘合剂,以及改性溶液,耐高温℃以上,无疑对不烧耐火制品的发展提供了先决条件。
利用添加物来改善或提高不烧耐火制品的性能也是有效的办法之一。例如,罗旭东等研究用电熔镁砂骨料、高纯镁砂细粉,以及α-Al2O3和Cr2O3微粉,磷酸盐结合剂配料的镁铝铬不烧砖,引入ZrO2使砖的线膨胀率增大趋势逐渐减弱,ZrO2加入量增多,而膨胀率减小,ZrO2细粉6%时,砖的热震稳定性最好。赵继忠研究了添加物对磷酸盐结合高铝不烧砖性能的影响,结果见表6(添加物0.,0.mm)。还研究了添加Cr2O%的不烧铝镁砖,其抗蚀性和抗渗透性提高。高铝不烧砖中加入兰晶石等膨胀剂,可提高砖的荷重软化温度等。
表6添加物对砖性能的影响
3、不烧砖使用范围扩大
在我国不烧砖的使用范围迅速扩大,在消耗耐火材料最多的钢铁行业,凡是用烧成砖的热工设备大都改用不烧制品。例如:包钢炼铁高炉内衬由碳砖改为不烧铝碳砖,铁水包用不烧Al2O3-SiC-C砖。不烧红柱石砖砌铁水包易磨损部位。几乎所有炼钢炉衬用不烧镁碳砖,钢包衬用不烧铝镁砖或铝镁碳砖(有些钢包用铝镁浇注料),RH炉下部槽用不烧方镁石-尖晶石砖,钢水真空处理装置用不烧镁碳砖,连铸用不烧滑动水口,不烧滑板,不烧长水口,反射炉用高铝-碳化硅不烧砖等。
其次烧水泥熟料的回转窑很早就用不烧高铝砖、不烧镁铬砖。烧白云石或活性石灰的回转窑用镁铝尖晶石不烧砖,玻璃熔窑格子房用不烧镁橄石砖,石油化工、电力、机械等行业用不烧轻质隔热砖等。
特别值得推荐的是铝电解槽用Si3N4结合SiC制品,烧成制品工艺复杂,成本高。李磊研究用不同粒度的碳化硅、酚醛树脂结合,Si3N4-AlN-Al复合粉体为基质的不烧制品,代替Si3N4结合SiC制品。不烧制品用硅溶胶浸渍后,微观组织均匀,抗冰晶石及铝液侵蚀与烧成Sialon结合SiC砖相当,其抗氧化优于Si3N4结合SiC烧成制品。
以上很多重要部位,使用条件苛刻,都可以使用不烧砖。因此,经过认真研究,运用现代技术,不烧砖完全能取代烧成制品。