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纳米氧化物在耐火材料中的应用


耐火材料指的是耐火度超过1580℃的无机非金属材料。耐火度是指耐火材料锥形体试样在无荷重情况下,抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。

耐火材料历史悠久。耐火材料结合高温技术出现,大约起源于青铜器时代中期;中国东汉时期,出现用粘土质耐火材料做烧瓷器的窑材与匣钵;20世纪初,耐火材料向高致密、高纯、超高温制品方向发展。同时,完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料与耐火纤维出现。现代,随着空间技术、原子能技术、新能源技术的发展,具有耐高温、耐冲刷、抗腐蚀、抗热振等综合优良性能的耐火材料得到应用。

耐火材料种类繁多。按照化学特性分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料;按照耐火度的高低分为普通耐火材料(15801770℃)、高级耐火材料(17702000℃)及特级耐火材料(2000℃以上)。另外,还有用于特殊场合的耐火材料。

酸性耐火材料的主要成分为纳米氧化硅,常用的有硅砖与粘土砖。硅砖是纳米氧化硅含量达到93%以上的硅质制品,原料有硅石、废硅砖等,其荷重软化温度高、抗酸性炉渣侵蚀能力强、重复煅烧后体积不收缩,甚至略有膨胀。但是其抗热振性差,且易受碱性渣的侵蚀。硅砖主要用于焦炉、酸性炼钢炉、玻璃窑炉等热工设备。粘土砖的主要原料为耐火粘土,纳米氧化铝的含量为30%~46,属于弱酸性耐火材料,抗热振性好,对酸性炉渣有抗蚀性,且应用广泛。

中性耐火材料的主要成分为纳米氧化铝、氧化铬或碳。纳米氧化铝的含量达到95%以上的刚玉制品是一种用途较广的优质耐火材料。铬砖的主要成分以氧化铬,虽然对钢渣的耐蚀性好,但抗热振性较差,高温荷重变形温度较低。碳质耐火材料有碳砖、石墨制品以及碳化硅质制品,具有质轻、导热性高、热膨胀系数很低、高温强度高、耐热振性能好、不受金属和熔渣的润湿、抗酸碱和盐的侵蚀的优点,除了广泛用作高温炉衬材料,也用作化工、石油的高压釜内衬。

碱性耐火材料的主要成分为纳米氧化镁、氧化钙,常用的是镁砖。纳米氧化镁含量高于80%~85%的镁砖,对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性,耐火度比粘土砖和硅砖高。主要用于吹氧转炉、平炉、电炉、有色金属冶炼设备与一些高温设备上。

在特殊场合应用的耐火材料有高温氧化物材料,例如纳米氧化铝纳米氧化锆纳米氧化镧氧化铍、氧化钙等;难熔化合物材料,例如碳化物、硫化物、硼化物、氮化物、硅化物等;高温复合材料,主要有金属陶瓷、纤维增强陶瓷、高温无机涂层等。



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