不定形耐火材料是高溫窯爐工業耐火內襯技術應用中的重要基礎材料之一。耐火澆注料是不定型耐火材料中的重要一種，它的重要特點是供貨周期短，不受設備形狀限制，不經預先煅燒、松散狀混合物配以相適應的錨固件現場成型烘烤后即可直接使用的耐火材料。用耐火澆注料可做成無接縫的襯體，亦稱整體耐火材料。高鋁質澆注料、高鋁低水泥澆注料、鋼纖維耐磨澆注料、剛玉質澆注料等不定形耐火材料在水泥窯的內襯設計中得到了廣泛的應用，多年來運行于不同部位的熱工設備的耐火層。

 

1、不定形耐火材料的分類

 

1）灌漿料

 

一種加水攪拌后具有較好流動性的材料，也稱為澆灌料。成型后需經過適當養護，使其凝結、硬化，按一定制度烘烤后便可使用。灌漿料以硅酸鋁質熟料、剛玉質材料或堿性耐火熟料為骨料；輕質澆灌料以膨脹珍珠巖、蛭石、陶粒、氧化鋁空心球為骨料。結合劑用鋁酸鈣水泥、水玻璃、硅酸乙酯、聚合氯化鋁、粘土或磷酸鹽等。外加劑視使用情況而定，其作用在于改善施工性能和提高理化性能。

 

灌漿料的施工成型方法有震動法、泵注法、壓注法、噴射法等。用灌漿料作整體襯里，往往還要與金屬或陶瓷錨固件配合使用。如再加不銹鋼纖維增強，可提高其抗機械振動和抗熱震能力。灌漿料用作各種熱處理爐、礦石焙燒爐、催化裂化爐、轉化爐等的內襯，也用作熔煉爐和高溫熔體流槽的內襯，如鉛鋅熔化爐、錫槽、鹽浴爐、出鋼或出鐵槽、盛鋼桶、鋼水真空循環脫氣裝置吸嘴等。

 

2）可塑料

 

具有可塑性的泥料或泥坯。施加適當外力時，容易變形而不開裂；應力消除后，不再變形?？伤芰喜馁|有半硅質、粘土質、高鋁質、鋯英石質、碳質等，也有輕質可塑料?？伤芰享毤尤胨芑牧希芑牧隙喟霝楦呖伤苄哉惩粒€可用增塑劑提高這種粘土的可塑性。增塑劑有羧甲基纖維素、糊精、木質素磺酸鹽等?？伤芰纤玫慕Y合劑有可塑粘土、 磷酸、 磷酸二氫鋁、硫酸鋁等。加磷酸或磷酸鹽結合劑的氧化鋁質可塑料，保存過程中會與氧化鋁發生化學反應，生成不溶性的正磷酸鋁而使泥料硬化，因此要加保存劑，如草酸、檸檬酸、乙酰丙酮等。

 

施工方法一般采用搗打法或震動法。用可塑料修筑整體爐襯時，須配置金屬或陶瓷錨固件。可塑料用作均熱爐、加熱爐、鍋爐等熱工設備的內襯，還用于包扎加熱爐水冷管。

 

3）噴補料

 

以噴射機進行噴補或噴涂用的一種耐火混合料。按噴補方法可分為濕法噴補（或稱泥漿法噴補）、半干法噴補和火法（火焰）噴補。濕法噴補借助壓縮空氣噴送含有20～40%耐火粉料的泥漿，可以達到較高的霧散，附著率高，可進行較均勻的薄層噴補。半干法噴補是在噴頭處加水潤濕由壓縮空氣噴送的耐火粉料，加水量為11～14%，附著率較低,可進行較厚層的噴補?；鸱▏娧a屬于干法噴補,把噴補料送到燃料-氧氣噴槍的火焰中，噴補料在噴嘴火焰中部分熔化而附著在磚襯上。

 

噴補料材質有鋁硅質、鋁硅鋯質、 鎂質、 鎂鈣質、鎂鉻質等。所用的結合劑有硅酸鈉、磷酸鹽、聚磷酸鹽、瀝青、樹脂等。為了提高附著率，加有粘土、澎(膨)潤土、石灰等加入物。為了保證噴補料能達到良好燒結，還加入助燒結劑，如蛇紋石、純橄欖石、石灰、耐火粘土、氧化鐵等。

 

4）耐火涂料

 

涂覆于耐火磚襯上的材料。根據使用要求和施工方法的不同，耐火涂料有配制成泥膏狀和泥漿狀等形態。所用結合劑因材質而異，如配制連鑄中間包用堿性涂料磷酸鹽、聚磷酸鹽、硫酸鎂；配制高鋁質涂料則用粘土、磷酸二氫鋁、鋁鉻磷酸鹽、水玻璃等。為了提高涂料的涂抹性，一般要加增塑劑等外加劑。涂料主要用作各種熱工設備內襯的保護涂層，或用于修補磚襯局部損壞處。

 

5）搗打料

 

一種可塑性低或不具有可塑性的散狀耐火材料。材質有硅質、粘土質、高鋁質、剛玉質、鋯英石質、碳化硅質、碳質、鎂質等。根據搗打料材質和使用條件，可采用與澆灌料相似的無機結合劑或有機結合劑，如水溶性的糊精、羧甲基纖維素、木質素、磺酸鹽、聚乙烯醇；抗水而具有熱可塑性的石蠟、 瀝青、 焦油、酚醛樹脂、無規聚丙烯等。

 

搗打料采用強制搗打施工，氣孔率較低，密度較高，因此，在不定形耐火材料中，搗打料特別適于作熔煉爐爐襯和盛高溫金屬熔液的各種容器的襯里。如平爐和電爐爐床、各種感應爐爐襯、高爐出鐵溝、盛鋼桶等。

 

6）投射料

 

一種半干狀的、用投射機投射筑襯的泥料。主要用于修筑整體盛鋼桶內襯。材料有硅質、蠟石質、粘土質、高鋁質和鋯英石質等。使用較多的是高硅質和高鋁質投射料。

 

2、不定形耐火材料的應用

 

1）澆注料預制塊的特質

 

澆注料預制塊只需在較低溫度下熱處理，是低碳和綠色耐火材料，是耐火內襯技術中的一個獨特的技術?？商岣吣突饍纫r的使用性能，降低耐火材料消耗量，質量穩定、性能可靠。我們知道在澆注料中加入鋼纖維其目的是提高澆注料的機械性能，抑制裂紋的產生或在形成裂紋時限制其擴展。下圖是鋼纖維澆注料圖，鋼纖維澆注料預制塊應用特殊的工藝制成。根據工藝部位及需要做成一定形狀，脫模后依據其工況條件進行熱處理。

 

圖注：鋼纖維澆注料

 

 

2）不定形耐火材料在高爐上的應用

 

高爐是煉鐵的一種重要設備。小型高爐曾采用高鋁水泥和磷酸高鋁質耐火燒注料預制塊吊裝砌筑，現在普遍采用樹脂結合劑鋁碳不燒磚砌筑。大型高爐水冷壁用SiC澆注料搗制、爐底墊層和周圍磚縫則用耐火澆注料和氮化硅質填料。而其爐墻用耐火材料的一個發展趨勢是采用澆注料。日本鋼管公司福山廠2號高爐在爐身上部使用了一種Al?O?50%，SiO?45%的高密度澆注料。經過6年使用，發現很少發生剝落現象。

 

目前，外用于高爐出鐵溝的不定形耐火材料主要為Al?-O?-SiC-C(簡稱ASC)質，此外還有莫來石-SiC-C質，Al?O?-C質，鎂鋁尖晶石等類型。我國主要使用剛玉-SiC系澆注料。日本現在絕大部分高爐出鐵溝都使用ASC澆注料和修補用噴補料，部分小高爐出鐵溝使用礬土或合成莫來石-SiC-C質搗打料。德國、法國的高爐出鐵溝一般也使用ASC質搗打料。法國研制出了自流澆注料，使主出鐵溝工作襯壽命得到提高。

 

3）不定形耐火材料在鋼包上的應用

 

出鋼溫度的提高和鋼液在鋼包中停留時間的延長，使鋼包用耐火材料發生了很大的變化。鋼包曾以定型耐火材料為主體，現被不定形耐火材料替代。鋼包的不定形化既可以省力，又能實現工廠自動化施工和干燥，提高整體的經濟性。鋼包側墻為不定形時，其維修作業工時可省力40%，鋼包內襯全是不定形時，省力效果則為70%。由于Al?O?-尖晶石澆注料有抗蝕性好，結構剝落小，使用壽命長及可改善鋼的質量等點，使它成為當前鋼包用耐火材料的主要角色。但它的使用受到溫度和鋼水停留時間的限制，日本Kawasa-ki公司開發的Al?O?-MgO澆注料，其材料強度和抗渣滲透性有了提高，壽命也比Al?O?-尖晶石澆注料提高20%。目前，在鋼包上試用鎂質耐火澆注料和鋁鎂碳質耐火澆注料,也初見成效。

 

4）不定形耐火材料在有色冶金中的應用

 

圖注：反射爐

 

煉鋁反射爐是鋁廠耐火材料消耗大戶。爐缸用耐火材料已經從磚砌變為整體結構，與爐缸熱面金屬接觸的耐火材料通常為酸鹽結合的可塑料、磷酸鹽結合磚以及低水泥澆注料，下部側墻的熱面耐火材料組成通常與爐缸相同，隔熱材料可用輕質隔熱澆注料，隔熱粘土磚或陶瓷纖維等；爐頂材料通常為搗打料，燒注料等質耐火材料；爐門通常用致密澆注料或輕質澆注料,亦可用二者的混合料進行澆注。

 

 

 

 

電解煉鋁中，不定形耐火材料主要用在了盛鋁桶上。盛鋁桶用耐火材料要求能耐鋁水的侵蝕，能承受急冷急熱的作用和保溫性能好。盛鋁桶非工作襯一般采用輕質澆注料或輕質高鋁磚。如果盛鋁桶中的鋁液要放置很長的時間，通常采用隔熱澆注料，以止鋁液在運送過程中凝固。現在為了減輕罐體的自重，加強保溫效果，非工作襯采用氧化鋁空心球耐火澆注料。工作襯一般采用含SiO?低的高鋁磚砌筑，現在有的罐體采用剛玉質耐火澆注。在煉銅工業中，因為CuO作為爐渣的組成部分侵蝕性很強，故粗煉爐中廣泛采用堿性耐火材料。如反射爐、轉爐、閃速爐及回轉陽爐的各部分均采用堿性的鎂鉻磚或者以MgO為基質的堿性搗打料，尤其是維修補爐時用。精煉部分由于渣量和溫度均下降，則可用澆注料、可塑料、噴涂料和高鋁磚等硅酸鋁質耐火材料。