耐火磚
| 耐火磚 |
耐火磚簡稱火磚，是用耐火黏土或其他耐火原料燒製成的耐火材料。
耐火磚呈淡黃色或帶褐色，能耐1580℃-1770℃的高溫，主要用於砌冶煉爐，可用於建築窯爐和各種熱工設備的高溫建築材料和結構材料，並在高溫下能經受各種物理化學變化和機械作用。
目錄
基本內容
中文名：耐火磚
簡稱：火磚
耐火溫度：1，580℃—1，770℃
分類：五大類
外文名：refractory brick；firebrick
原料：高嶺土礦
化學組成：成分決定該耐火材料的品質和特點
形態：塊狀
簡介
耐火磚簡稱火磚。用耐火黏土或其他耐火原料燒製成的耐火材料。淡黃色或帶褐色。主要用於砌冶煉爐，能耐1，580℃—1，770℃的高溫。也叫火磚。具有一定形狀和尺寸的耐火材料。按製備工藝方法來劃分可分為燒成磚、不燒磚、電熔磚（熔鑄磚）、耐火隔熱磚；按形狀和尺寸可分為標準型磚、普通磚、特異型磚等。可用作建築窯爐和各種熱工設備的高溫建築材料和結構材料，並在高溫下能經受各種物理化學變化和機械作用。例如耐火粘土磚、高鋁磚、硅磚、鎂磚等。
特點
自身屬性
1、化學組成：主要成分決定該耐火材料的品質和特點
2、體積密度：單位體積重量，密度大，說明緻密性好，強度就可能高，但導熱係數可能就大3、顯氣孔率：沒做具體要求，但作為生產廠家必須嚴格控制顯氣孔。
4、荷重軟化溫度：也叫高溫荷重開始變形溫度，此參數很重要，標誌材料耐高溫的抵抗能力
5、抗熱震性能：抗溫度急劇變化而不被破壞的能力
6、抗壓強度：承受（常溫）的最大壓力能力
7、抗折強度：承受剪切壓力的能力
8、線性變化率：也叫重燒線變化或叫殘餘線變化，指每次在同等溫度變化中體積發生膨脹收縮的變化，如果每次膨脹收縮一樣，我們定義這樣的線性變化率為0
理化性質
1、耐磨性：
2、熱導率：單位溫度梯度條件下，通過材料單位面積上熱流速率，跟氣孔率有關
3、耐衝擊性：不用解釋了吧，耐衝擊性好，使用壽命就長
4、抗渣性：在高溫下抵抗熔渣侵蝕作用而不被破壞的能力
分類
根據耐火磚成分的不同，其可以分為五大類，即：硅鋁系耐火磚、鹼性系列耐火磚、含碳耐火磚、含鋯耐火磚、隔熱耐火磚。任何爐子並不是只用一種耐火磚而砌築而成的，需要個不同耐火磚的相互搭配使用。下面對這五大類耐火磚的成分一一作詳細介紹。
1、硅鋁系耐火磚，據悉，其是以AL2O3—SiO2二元系統相圖為基本理論，主要包括以下幾種。
(一)硅磚，是指含SiO293%以上的耐火磚，是酸性耐火磚的主要品種。它主要用於砌築焦爐，也用於各種玻璃、陶瓷、炭素煅燒爐、耐火磚的熱工窯爐的拱頂和其他承重部位，在熱風爐的高溫承重部位也用，但是不宜在600℃以下且溫度波動大的熱工設備中使用。
(二)粘土磚，粘土磚主要由莫來石(25%～50%)、玻璃相(25%～60%)和方石英及石英（最高可達30%）所組成。通常以硬質粘土為原料，預先煅燒成熟料，然後配以軟質粘土，以半干法或可塑法成型，溫度在1300～1400 C燒成粘土磚製品。也可以加少量的水玻璃、水泥等結合劑製成不燒製品和不定形材料。它是高爐、熱風爐、加熱爐、動力鍋爐、石灰窯、迴轉窯、陶瓷和耐火磚燒成窯中常用的耐火磚。
(三)高鋁耐火磚，高鋁耐火磚的礦物組成為剛玉、莫來石和玻璃相，其含量取決於AL2O3/ SiO2比以及雜質的種類和數量，可按AL2O3含量進行耐火磚的等級劃分。原料為高鋁礬土和硅線石類天然礦石，也有摻加電熔剛玉、燒結氧化鋁、合成莫來石的，以及用氧化鋁與粘土按不同比例煅燒的熟料。它多用燒結法生產。但產品還有熔鑄磚、熔粒磚、不燒磚和不定形耐火磚。高鋁耐火磚廣泛用於鋼鐵工業、有色金屬工業和其他工業。
(四)剛玉耐火磚，剛玉磚是指AL2O3含量不小於90%，以剛玉為主要物相的的一種耐火磚，可分為燒結型剛玉磚和電熔型剛玉磚。
2、鹼性系列耐火磚。鹼性耐火磚是指以鹼性氧化物如Mg0和CaO為主要成分的耐火製品，主要品種有以下幾種。
(一)鎂質耐火磚，是指以鎂石作原料，以方鎂石為主晶相，MgO含量在80%～85%以上的耐火磚。其產品分為冶金鎂砂和鎂質製品兩大類。依化學組成及用途的不同，有馬丁砂、普通冶金鎂砂、普通鎂磚、鎂硅磚、鎂鋁磚、鎂鈣磚、鎂碳磚及其他品種等。鎂質耐火磚是鹼性耐火磚中最主要的製品，耐火度高，對鹼性渣和鐵渣有很好的抵抗性，是一種重要的高級耐火磚。主要用於平爐、氧氣轉爐、電爐及有色金屬熔煉等。
(二)白雲石磚，是以白雲石作為主要原料生產的一種鹼性耐火磚。廣泛用於鹼性轉爐，還可用作某些爐外精煉包的內襯。
(三)鎂橄欖石耐火磚，是以鎂橄欖石2MgO·SiO2作為主要組成的一種耐火磚。主要用於平爐蓄熱室格子磚、鑄錠用磚、加熱爐爐底以及在煉銅爐中也有較好的使用效果。
3、含碳耐火磚。含碳耐火磚是指由碳或碳的化合物製成的，以含不同形態的碳為主要成分的耐火磚製品，主要分為以下幾種。
(一)碳磚，是以碳質材料為主要原料，加入的適量結合劑製成的耐高溫中性耐火磚製品。碳磚被廣泛應用於砌築高爐爐底、爐缸、爐腹和爐身下部。可提高高爐的連續作業時間，延長使用壽命。此外，碳磚還廣泛用於電化學工業、化學工業、石油化學工業、電鍍行業、鐵合金工業爐(或設備的內襯) 、酸液、鹼液槽襯和管路，以及熔煉有色金屬(如鉛、鋁、錫等)的爐襯。
(二)石墨質耐火製品，是以天然石墨為原料，以粘土作結合劑製得的耐火材料。這類製品有石墨粘土坩堝、蒸餾罐、鑄鋼用塞頭磚、水口磚及盛鋼桶襯磚等。其中生產最多、應用最廣的是煉鋼和熔煉有色金屬的石墨粘土坩堝。
(三)碳化硅耐火製品，是以碳化硅(SiC)為原料生產的高級耐火材料。其耐磨性和耐腐蝕性好，高溫強度大，熱導率高，線膨脹係數小，抗熱震性好。在鋼鐵冶煉方面，它可用於盛鋼桶內襯、水口、塞頭、高爐爐底和爐腹、出鐵槽、轉爐和電爐出鋼口、加熱爐無水冷滑軌等方面。在有色金屬（鋅、銅、鋁等）冶煉中，大量用於蒸餾器、精餾塔托盤、電解槽側牆、熔融金屬管道、吸送泵和熔煉金屬坩堝等。在硅酸鹽工業中，它大量用作各種窯爐的棚板和隔焰材料，如馬弗爐內襯和匣缽等。在化學工業中，多用於油氣發生器、有機廢料煅燒爐、石油氣化器和脫硫爐等方面。此外，在空間技術上可用作火箭噴管和高溫燃氣透平葉片等。
4、含鋯耐火磚。屬於一種屬酸性材料，是以天然鋯英石砂(ZrSiO2)為原料製得的製品。鋯質耐火磚不同於硅鋁系耐火磚和含碳系列耐火磚，其抗渣性好，熱膨脹率較小，熱導率隨溫度的升高而降低，荷重軟化溫度高，耐磨強度大，抗熱震性好，現已成為各個工業領域中的重要材料。隨着冶金工業中連鑄和真空脫氣技術的發展，鋯英石耐火磚的應用越來越廣泛，主要有以下幾種分類。
(一)鋯英石磚，在煉鋼過程中，採用出鋼脫氣法，而鋯英石質耐火材料對熔渣，鋼水的耐侵蝕性和抗熱震性良好，且適於在減壓下工作，它在冶金工業中廣泛用於砌築脫氣用盛鋼桶內襯，也用作不鏽鋼盛鋼桶內襯，連鑄盛鋼桶內襯、鑄口磚、塞頭磚、袖磚以及高溫感應電爐爐襯等。鋯英石質耐火磚對酸性渣和玻璃具有高的抵抗性，因而還廣泛用於熔煉最活潑玻璃的玻璃窯的嚴重損壞部位。鋯英石質耐火材料還具有不為金屬鋁、鋁的氧化物及其熔渣侵透的性質，因而在煉鋁的爐底上也獲得了良好的效果。
(二)AZS電熔磚，也稱為電熔鋯剛玉磚，隨着玻璃工業的發展，AZS電熔磚已成為玻璃窯爐的關鍵部位必須的耐火材料。它抵抗玻璃液的侵蝕性較強。
(三)AZS再燒結電熔磚，主要用於砌築玻璃池窯的底、牆和蓄熱格子磚等熱工設備。
(四)鋯莫來石電熔磚，該種磚的特點是晶體結構緻密，荷重軟化溫度高，抗熱震性好，常溫及高溫下機械強度高，耐磨性好，熱導率好，且有優良的抵抗熔渣侵蝕的能力。該種製品的用途較廣，用於冶金加熱爐、均熱爐、電石爐的出料口，玻璃熔窯窯壁等，使用效果很好。
5、隔熱耐火磚。是指氣孔率高、體積密度低、熱導率低的耐火材料。隔熱耐火材料又稱輕質耐火材料。它包括以下幾種分類。
(一)高鋁隔熱輕質耐火磚。是以鋁礬土為主要AL2O3含量不小於48%的隔熱輕質耐火磚。其生產工藝採用泡沫法，也可採用燒盡加入物法。高鋁質隔熱輕質耐火磚可用於砌築隔熱層和無強烈高溫熔融物料侵蝕及沖刷作用的部位。直接與火焰接觸時，一般的高鋁質隔熱耐火磚的表面接觸溫度不得高於1350℃。莫來石質隔熱耐火磚可直接接觸火焰，具有耐高溫，強度高，節能效果顯著等特點。適用於熱解爐、熱風爐、陶瓷輥道窯、電瓷抽屜窯及各種電阻爐的內襯。
(二)粘土質隔熱輕質耐火磚，是以耐火粘土為主要原料製成的AL2O3含量為30%～48%的隔熱耐火磚。其生產工藝採用燒盡加人物法和泡沫法。以耐火粘土、漂珠、耐火粘土熟料作原料，摻加結合劑和鋸木屑，經配料、混合、成型、乾燥、燒成，製得體積密度為0. 3～1. 5g/cm3的產品。粘土質隔熱磚的產量占隔熱耐火磚總產量的一半以上。
中國標準(GB 3994—1983)將粘土質隔熱磚按體積密度分為NG—1.5、NG—1.3a、NG—1.3b、NG—1.0、NG—0.9、NG—0.8、NG—0.7、NG—0.6、NG—0.5、NG—0.4 10種牌號。
(三)硅藻土隔熱輕質耐火磚，是以硅藻土為主要原料製成的隔熱耐火製品。它主要用在900℃以下的隔熱層。
中國標準(GB 3996—1983)將硅藻土隔熱製品按體積密度分為GG—0.7a、GG—0. 7b、GG—0.6、GG—0. 5a、GG—0.5b和GG—0.4六種牌號。
(四)漂珠磚，是以漂珠為主要原料製成的隔熱耐火製品。漂珠是從熱電廠粉煤灰中浮選出的硅酸鋁質玻璃空心珠體。它體輕、壁薄、中空、表面光滑、耐高溫、隔熱性能好。利用漂珠這些優良特性，可製造出保溫性能優異的輕質隔熱耐火材料。生產漂珠磚可採用半干法成型。
案例
耐火材料
1、高鋁磚：Al2O3含量大於75以上，耐火度高於黏土磚，抗酸鹼侵蝕性好，適宜水泥窯燒成帶等處，使用壽命長但價格高
2、白雲石磚：掛窯皮性能好，抗侵蝕性好，但有磚中多少有f-CaO，易水化，難於運輸和保管，生產中用的較少
3、鎂鉻磚：掛窯皮好，多用於燒成帶，缺點是抗熱震性能差，加上正六價Cr有劇毒，國際上生產和使用鎂鉻磚的國家逐漸減少，現用此磚的生產單位儘早找到替代品
4、尖晶石磚：多用於過度帶，抗震性能好，抗還原性好，但耐火度稍微差點
5、抗剝落磚：此磚中含有少量的ZrO，在升溫過程中發生馬氏相變形成細裂紋，具有較強抗鹼性，抗剝落性和抗渣性較好
6、磷酸鹽磚：耐火度低，但強度高熱震性好，多用於蓖冷機、窯頭罩等使用
7、碳化硅磚：耐高溫（1800度左右，荷重軟化溫度在1620-1640），熱膨脹係數小，耐急冷急熱耐磨性都好適宜冷卻帶和窯口
8、硅莫磚：熱震性好，強度高，耐磨性好，適宜過度帶。
耐火土
民間點爐子。套爐膛用得一種土。
粘土質耐火土
1、特性及用途：粘土質耐火磚屬弱酸性耐火材料，其熱穩定性好，適應於熱風爐，各種鍋爐內襯，及煙道、煙室等。
2、產品規格形式：標準形、普異形、異形及特異形磚類。粘土質耐火磚理化性能。
耐火黏土
耐火黏土產品有多種形式，其基本質量要求是氧化鋁高於38%（通常為42-47%）以及低鐵低鹼金屬含量。這些產品可不煅燒或經煅燒，並包括高性能煅燒產品如莫來石。
耐火黏土（refractory clays）用於定形（shaped）和不定形（整體成形——monolithic)耐火材料的生產。磚（brick）產品包括耐火黏土磚（fire clay bricks），如高爐阻隔磚（checker bricks）和高氧化鋁磚（high alumina bricks)，如用於水平感應電爐和垂直感應電爐襯裡的支撐磚。在無定形料部門，有多種產品消費，如耐火黏土、超負荷用塑性料、高氧化鋁塑料、耐火黏土和高氧化鋁澆注料等。
耐火黏土主要由水合硅酸鋁組成，其分子式為Al2O3·2SiO2·2H2O（即39.5%氧化鋁、46.5%二氧化硅和14%水）。在這組礦物中，高嶺土存象最為豐富。
耐火黏土、燧石黏土（flint clay，或稱硬質黏土hard clay）、球黏土（ball clay，或稱可塑性黏土plastic clay）和高嶺土（kaolins）。不過，其普遍的特點是，這些礦產都含有高嶺石，而其組成為20-45%Al2O3、〈3%Fe2O3和〈3%Na2+K2O。
當高嶺石在溫度逐漸升高條件下煅燒時，其礦物相不斷發生變化，在約550℃時生成亞高嶺土（metakaolin，Al2Si2O7）、在約1000℃時生成尖晶石（spinel，（Al2O3）2(SiO2）3+SiO2），在約1100℃時生成似莫來石（pseudo-mullite，[Al2O3·SiO2]2）。另一種「耐火黏土」產品是莫來石（3Al2O3·2SiO2），它能夠於1200-1500℃條件下煅燒高氧化鋁高嶺土和礬土質（bauxitic）高嶺土製得。在這些溫度下，黏土的主要礦物相（main mineral phases）轉化為莫來石、方英石(cristobalite）和一種玻璃相（glassy phase）。
⒈耐火黏土
這是一種富含在水合硅酸鋁中的硅質黏土，具有高溫下不變形、不碎裂、不軟化及不膏體化的能力。低鐵、鈣及鹼金屬，成分上接近高嶺土，煅燒後較好的品位至少含35%Al2O3（《採礦術語詞典》，美國地質協會編）。
⒉燧石黏土
一種平滑的、像燧石一樣的耐火黏土岩，主要由高嶺土組成，解理呈貝殼狀斷面，在水中抗熟化。在水中長時間碾磨會產生可塑性（《採礦術語詞典》，美國地質協會）。
⒊熟耐火土
它是用於耐火磚生產的混合料中的一部分，是由煅燒黏土（calcined clay）或再次碾磨磚（reground bricks）構成的，也稱（黏土）熟料，英文名稱chamotte（《採礦術語詞典》，美國地質協會）。
⒋水鋁石黏土
這是一種主要由（硬）水鋁石（或稱—水硬鋁石<；水礬土>diaspore）組成，由耐火黏土粘結的材料。水鋁石黏土最純者在煅燒後往往含Al2O3 70-80%。
⒌中國黏土
●軟質黏土（包括球黏土）、耐火黏土和高嶺土：<45%Al2O3
●燧石黏土（國內俗稱「焦寶石」）、高嶺土和高氧化鋁礦石：>45%Al2O3
●高氧化鋁黏土熟料（也稱「熟礬土」）：75-90%Al2O3
⒍耐火泥/耐火黏土灰漿
與煅燒耐火黏土或破碎耐火黏土磚，或二者兼而有之的生耐火黏土（raw fire clay），其所有成分均碾磨到適當的細度（《採礦術語詞典》，美國地質協會）。
製作工藝
耐火原料的公益性質主要取決於原料的礦務組成與顆粒組成，與耐火材料的製造工藝密切相關。這類性質主要有粒度與顆粒尺寸分布，細度與比表面積，可塑性與結合性，乾燥收縮與燒成收縮，燒結溫度與燒結範圍等。
一、粒度與顆粒尺寸分布
粒度是指耐火原料的顆粒大小。顆粒尺寸分布（Particle Size Distribution,簡寫PSD）是指連續的、不同粒度級別（以mm，μm或篩孔網目表示）範圍內，各粒度級別的顆粒所占的重量百分比。粘土類原料的顆粒尺寸分布對其可塑性、乾燥性能、燒成性能都有很大影響。原料的顆粒尺寸分布對耐火製品的體積密度、氣孔率、機械強度及熱震穩定性等的影響也十分明顯。要想得到質量穩定的耐火材料，除對原料的化學礦物組成有所要求外，對其顆粒尺寸分布也應有明確要求。
顆粒尺寸分布的測定通常用篩分分析與顆粒分析儀。篩分分析有干法篩分與水法篩分。由於受篩網孔徑的限制，篩分分析適合於做較粗顆粒（>10μm）的顆粒分布測定。顆粒分析儀通常用於黏土及微分等級細顆粒的尺寸分布測定。[2]
二、細度與比表面積
細度表示粉狀原料的粗細程度，常以標準篩的篩余百分數或比表面積表示，也可用顆粒大小的百分比組成或單位重量物料的平均直徑來表示。細度與粒度沒有嚴格的區別，只是前者習慣於細粉狀原料粗細程度的表示。
比表面積是指單位質量的原料所具有的表面積，單位為m/g。比表面積分外表面積和內表面積。理想的非孔性原料只有外表面積；但帶有氣孔的原料除外表面積之外尚有內表面積。比表面積的測定方法較多，常用的有氣體吸附法、有機分子吸附法和透氣法等。
三、可塑性與結合性
物質受外力作用後發生變形而不產生裂紋，在外力解除後，變形的形態仍然保留而不再恢復原狀的性能稱為可塑性。可塑性是結合粘土的一個重要的成型工藝指標。可塑性與固體顆粒吸附水的性能、比表面積和水量有關，如黏土加水後，由於在大量黏土顆粒表面吸附一層水膜，使顆粒間既便於在外力作用下滑移，又具有一定的結合力，因而具有較高的可塑性。
可塑性的測量有可塑性指數法與可塑性指標法，也有用可塑水分來衡量的。可塑性指數是指泥料呈可塑狀態時，含水量的變化範圍，其值等於液性限度（液限）和塑性限度（塑限）之差。液限是泥料呈可塑狀態時的上限含水量，當含水量超過液限時，泥料呈半固體狀態。液限與塑限之差，以百分數表示即為可塑性指數。
可塑性指標代表泥料的成型性能。方法是將泥團加工成直徑為45mm的球體，置入可塑儀中，加重力壓縮至開始出現裂紋為止。可塑性指標是泥球在外力作用下的變形程度，即應力與應變之乘積，計算公式如下：
可塑性指標 S=（d－b）G
式中：d——泥球原始直徑，cm；
b——受重力壓縮後泥球的高度，cm；
G——泥球受壓而出現第一條裂紋時的載荷，kg
發展前景
隨着我國水泥工業的不斷發展，對耐火材料也提出了更高的要求。長期依賴於粗放型經濟增長方式的耐火材料工業，應加大調整力度，適應新形勢的需要。
我國水泥工業耐火材料行業存在行業集中度低、惡性競爭、原料資源短缺等問題目，只有加快水泥窯用耐火材料生產企業的重組整合，才能適應水泥工業的快速發展。同時，企業還應該加強與科研院所及用戶單位的合作，加大產學研合作力度，在綠色耐火材料的技術上實現新突破，力爭在短時間內，在一些關鍵性的綠色耐火材料技術和推廣應用上取得實質性突破。
發展綠色耐火材料戰略是關係到我國當前和今後耐火材料行業可持續發展的重要發展戰略。
而即將出台的《耐火原材料行業准入標準》，必將推動今後幾年淘汰落後生產工序裝備、培育龍頭企業、促進產業向規模化集約化方向發展。
當然，發展綠色耐材的同時，產品質量也必須保證。耐火材料壽命不高的原因主要有廠家生產設備落後，採用摩擦壓磚機成型，其配料、成型、燒成、檢驗工序中自動化水平較低，產品質量波動大，尺寸偏差大；砌築方法不當。在使用中，為了防止耐火材料出現掉磚現象，過量地使用鋼板鎖緊，導致升溫中耐火材料產生很大膨脹，過度受壓使耐火磚損害；精細化管理程度低等。
為解決耐火材料壽命短的問題，一些企業開始開發節能產品，如用硅莫磚(高鋁碳化硅材料)代替熱導率較高的鎂鋁尖晶石磚，以降低散熱損失、降低噸熟料熱耗，節約能源。並用鎂鐵尖晶石磚代替直接鎂鉻磚，取代鎂鉻磚在迴轉窯上的使用，有效避免鉻公害。
事實上，水泥企業應針對水泥窯工藝條件及生熟料、燃料的要求，合理選用耐火材料，例如選用強度高、熱膨脹率小、抗熱震性好的高鋁磚，減少升溫時對耐火材料的損壞。同時要根據實際使用情況，優化設計方案，提高精細化管理水平，提高水泥窯的運轉率，降低耐火材料噸熟料消耗。
中國建材聯合會組織舉行的《水泥迴轉窯用耐火材料使用規程》審查會上，與會專家經過審議並一致通過了標準送審稿。標誌着國內、外水泥窯用耐火材料第一部使用技術規程標準順利完成，將對推動水泥窯用耐火材料的標準化、促進行業發展和轉型升級具有重要意義。[1]