徐平坤

（廣州耐火材料廠，廣東廣州510300）

不燒耐火制品（磚）的特點及其發(fā)展

徐平坤

（廣州耐火材料廠，廣東廣州510300）

近年來不燒耐火制品（磚）發(fā)展迅速，表現(xiàn)為不燒磚的品種增多，性能進一步提高，使用范圍擴大。介紹了不燒耐火制品（磚）的性能及其特點。對降低生產(chǎn)成本、資源高效利用及節(jié)能減排具有十分重要意義。

不燒磚；耐火制品；結(jié)合劑；添加物；性能

所謂不燒耐火制品，俗稱不燒磚，是根據(jù)傳統(tǒng)耐火材料生產(chǎn)工藝而得名。傳統(tǒng)的耐火材料生產(chǎn)工藝過程為：配料-混料-成型-干燥-燒成-成品，不燒磚顧名思義，取消了燒成工序，干燥后直接使用的耐火制品。早在1878年托馬斯（S·G·Thomas）和吉爾克里斯特（D·Gilchrist）用焦油結(jié)合的白云石磚做爐襯，1913年美國麥卡利姆（Mecallim）首次制成鐵殼不燒鉻鎂磚，20世紀初歐美國家即有不燒磚，又稱化學結(jié)合磚。我國在20世紀50年代初就有不燒粘土磚問世，20世紀50年代末相繼出現(xiàn)磷酸結(jié)合、水玻璃結(jié)合、硫酸鹽結(jié)合和水泥結(jié)合的不燒磚，20世紀60年代末和20世紀70年代初，隨著不定形耐火材料的發(fā)展，不燒磚得到進一步發(fā)展，20世紀80年代中期，不燒磚的研究和生產(chǎn)有很大進步，通過添加物和結(jié)合劑提高不燒磚的質(zhì)量，并能生產(chǎn)各種材質(zhì)的不燒磚。到目前為止，幾乎所有定型耐火制品都可以做成不燒制品。例如有使用條件極為苛刻的不燒滑動水口磚，受鋼水激烈沖刷和侵蝕的煉鋼爐襯用不燒鎂碳磚等。

耐火材料分定型與不定型兩大類，表面看不燒磚應(yīng)屬定型耐火材料，因為它除了不燒之外，與傳統(tǒng)的耐火磚生產(chǎn)工藝沒有什么區(qū)別；而從配料上使用結(jié)合劑和外加劑來看，又與不定形耐火材料相同，因此有人認為不燒磚屬于不定形耐火材料范疇。

眾所周知，耐火材料是在高溫條件下使用的材料，何必預先燒制。其實耐火材料燒成是為了保證制品的常溫和高溫結(jié)構(gòu)強度，以及不同溫度下的體積穩(wěn)定性。按照現(xiàn)代耐火材料制造技術(shù)，采用合適的結(jié)合劑和添加物，不燒磚完全能夠達到或超過燒成磚的技術(shù)指標。生產(chǎn)不燒耐火制品，資源高效利用，節(jié)能減排，保護環(huán)境，應(yīng)該大力發(fā)展。

1 不燒磚的優(yōu)點

1.1 簡化了生產(chǎn)工藝，降低了產(chǎn)品成本

燒成是耐火制品生產(chǎn)工藝過程中最繁雜的工序，要建爐窯，磚坯裝窯，不燒磚出窯，主要靠手工操作，難以實現(xiàn)機械化、自動化。不燒磚，不用燒，沒有燒成工序，不用建窯，不用燃料，勞動力減少，成本降低，沒有裝窯、燒制過程，也沒有出窯的廢品，不燒磚比燒成磚的生產(chǎn)成本低很多。燒成磚裝窯時往往有大量磚坯碰損而報廢，出窯時一方面發(fā)現(xiàn)燒制過程產(chǎn)生磚的裂紋、熔洞等廢品，另一方面出窯過程中會碰破邊角產(chǎn)生廢品。不燒磚沒有這一過程，成品率得到提高。例如上海某廠生產(chǎn)塞頭磚，燒成時易產(chǎn)生裂紋等廢品，成品率20%左右，后來改為不燒制品，成品在90%以上。

1.2 節(jié)能減排，保護環(huán)境

耐火制品的燒成溫度都在1 000℃以上，燒窯耗費大量燃料，燒煤時，排出黑色煙氣，污染環(huán)境。改用煤氣或重油，表面看污染少了，實際上還是有大量CO2氣體排到大氣中。不燒磚，不燒窯，自然節(jié)能減排。特別是不燒鎂橄欖石磚，因鎂橄欖石灼減低于5%（有人利用灼減9%），利用原礦作顆粒，鎂砂為細粉，加入適量添加劑，可制得性能良好的不燒鎂橄欖石制品。還有不燒紅柱石磚、不燒葉蠟石磚等，其用原料不燒，制品也不燒，簡化了工藝，節(jié)約了大量能源，保護了環(huán)境。

1.3 容易制取界面復合及梯度耐火制品（磚）

眾所周知，介面復合制品和梯度制品是由兩種或兩種以上物理化學性質(zhì)不同的物質(zhì)分層疊加在一起，組分材料始終作為獨立形態(tài)的單一材料存在，沒有明顯的化學變化，而復合耐火制品或梯度耐火制品都成為一塊整體。只要選擇合適的結(jié)合劑，不燒制品容易將不同材質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)和熱性能的材料結(jié)合起來。如果燒成的話，由于不同材料的熱膨賬系數(shù)及高溫線變化的差異，在熱應(yīng)力的作用下，制品界面處容易產(chǎn)生裂紋和損壞。

到目前為止，已有大量不燒復合及梯度制品應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，取得良好的效果。例如：燒水泥熟料的回轉(zhuǎn)窯用高鋁復合磚，既一端是重質(zhì)的工作層，另一端是輕質(zhì)的隔熱層，某廠用復合磚的理化性能指標如表1。

表1 高鋁復合磚理化指標

這種復合磚在回轉(zhuǎn)窯過渡帶使用壽命1～5年，窯殼溫度降低80～120℃。還有一些燒白云石及石灰的回轉(zhuǎn)窯，在煅燒帶也用類似的復合磚，節(jié)能降耗，提高使用壽命。

有些鋼廠使用不燒復合滑板磚，一般采用二層復合，其工作面以板狀剛玉為主（80%～90%），添加金屬鋁粉、碳素等；而非工作面是以高鋁熟料、粘土、碳素等配料，二者復合，降低了成本，提高了使用效果。用同樣的方法生產(chǎn)的還有鎂碳磚等。

功能耐火材料是連鑄運行的重要支撐材料，由于使用環(huán)境受到多因素影響及非均衡蝕損特點，嚴重影響功能耐火材料使用的安全性和使用壽命，通過梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行優(yōu)化組成，采用不同梯度材料進行復合，從而解決長水口及浸入式水口熱震穩(wěn)定性與抗侵蝕性、抗沖刷能力之間的矛盾。同時在材料改性方面，加入特殊的添加劑，顯著提高了鋁碳質(zhì)和鋯碳質(zhì)水口的使用效果。

1.4 不燒磚的性能普遍高于燒成制品

一般不燒制品采用多級顆粒配料，選用適當?shù)挠袡C與無機結(jié)合劑、添加劑，其制品的體積密度、氣孔率、抗侵蝕性和抗?jié)B透性等普遍好于燒成制品。特別是不燒磚借助使用環(huán)境中的熱能達到適當燒結(jié)，形成具有梯度特征的結(jié)構(gòu)，以及主體材料與添加物熱膨賬系數(shù)不一致的特性，使不燒磚在使用條件下產(chǎn)生足夠多的微細裂紋，且裂紋以準靜態(tài)方式擴展，從而提高不燒磚的熱震穩(wěn)定性，例如某廠煉鋼電爐頂用不燒含石墨高荷軟高鋁磚與長期使用的燒成高鋁磚性能如表2。不燒磚的使用壽命比燒成磚提高1倍，由于熱震性好，使用中不掉塊。

表2 不燒與燒成高鋁磚性能指標

段小東等研究鐵水包用的酚醛樹脂結(jié)合A l2O3－SiC－C不燒磚，其性能高于當時生產(chǎn)用的高鋁磚，見表3。

表3 不燒磚與燒成磚性能指標

提高不燒磚的性能，要從結(jié)合劑和添加劑著手，如用磷酸結(jié)合的不燒高鋁磚荷重軟化溫度1 390℃，而用六偏磷酸鈉結(jié)合的為1 520℃。也可以在配料中加入具有膨賬性的物質(zhì)，如蘭晶石等來提高磚的荷重軟化溫度。

1.5 不燒磚的使用效果好于燒成磚

大量數(shù)據(jù)及實際事實證明不燒磚的使用效果好于燒成磚，特別是鋼包襯磚，目前使用較多的是用不定形耐火材料整體澆注，雖然抗熱震性好，使用壽命高，但需要現(xiàn)場有混料機及筑爐設(shè)備，并要控制干燥和預熱過程；如果用澆注的預制塊，成型模具多，生產(chǎn)周期長，成本高。而用不燒磚，對生產(chǎn)部門和使用部門來說，生產(chǎn)工藝相對簡單，而且產(chǎn)品質(zhì)量容易得到保證，像不燒鋁鎂尖晶石磚在鋼包上的使用壽命與澆注料也沒有多大差別。有的場合不燒磚使用效果明顯好于燒成磚，例如本溪水泥廠在?3.7×70m水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶9m長的一段中，以窯徑分半鑲砌不燒和燒成鎂鉻磚作對比，用交錯法砌，使用178 d后，不燒磚厚100～110 mm，燒成磚厚65～70 mm，不燒磚具有優(yōu)良的掛窯皮，抗侵蝕、抗熱震等優(yōu)點。四川某水泥廠統(tǒng)計得出：回轉(zhuǎn)窯不燒鎂鉻磚使用壽命217.5～284.5 d，使用燒成磚壽命66～149 d。還有四川某鋼廠的40 t連鑄中間包襯，使用一般高鋁磚壽命40爐次，一等高鋁磚壽命100爐次，而用高鋁尖晶石不燒磚壽命150爐次。某鐵合金廠9 MVA錳硅合金電爐的鐵水包內(nèi)襯，使用粘土磚壽命20～50次，高鋁磚壽命70～100次，而用Al2O3－SiC－C不燒磚壽命400次，等等。不燒磚使用效果好的實例很多，不一一贅述。

2 不燒磚的發(fā)展

不燒磚發(fā)展迅速，品種增多，性能進一步提高，制品使用范圍擴大。

2.1 不燒磚的品種增多

起初只是采用天然耐火原料與具有氣硬性，或火硬性，或水硬性結(jié)合劑混合，制取化學結(jié)合的不燒磚，如不燒粘土磚、不燒高鋁磚、不燒鎂磚等。現(xiàn)在可以用所有耐火原料制取各種品種和不同用途的不燒磚，如不燒鎂碳磚、不燒鎂鈣磚、不燒鎂白云石磚、不燒鎂鋁尖晶石磚、不燒鎂鋯磚、不燒鎂鉻磚、不燒剛玉磚、不燒高鋁尖晶石磚、不燒紅柱石磚、不燒葉蠟石磚、不燒剛玉尖晶石磚、不燒鎂橄欖石磚、不燒漂珠隔熱磚、不燒Al2O3－SiC－C磚、不燒MgO－SiC－C磚、不燒復合鋁鎂磚、不燒鐵殼鎂鋁磚、不燒鐵殼鎂鉻磚、不燒粉煤灰隔熱磚等?？梢哉f耐火制品（磚）的所有品種都能做出相應(yīng)的不燒制品（磚）。

2.2 不燒磚的性能進一步提高

與燒成制品相比，不燒制品的熱震穩(wěn)定性較好，但強度偏低。為此，研究人員從結(jié)合劑及添加劑方面入手，做了大量試驗研究。如陳龍等人研究無碳鋁鎂尖晶石不燒磚，采用剛玉、α－A l2O3微粉、尖晶石、電熔鎂砂等主要原料，用不同結(jié)合劑，不燒磚的性能如表4。

表4 不同結(jié)合劑與不燒磚的性能指標

從表4看出，硅溶膠＋鹵水結(jié)合的不燒磚強度較高，超過一般燒成制品。朱士本研究不同結(jié)合劑的Al2O3－SiC－C不燒磚，做為鐵水包內(nèi)襯的使用結(jié)果如表5。

表5 不同結(jié)合劑的A l2O3－SiC－C不燒磚使用情況

不燒滑板磚是近年出現(xiàn)的新型滑板，主要是鋁碳材料，加入適量金屬粉、酚醛樹脂結(jié)合劑，不用燒成和油浸工序，工藝簡單。通過加入有機硅樹脂，提高中、低溫強度，使用次數(shù)增加。如某單位將剛玉顆粒和細粉、A l2O3微粉、炭黑等，與結(jié)合劑混合—成型—干燥—套箍—磨制—粘墊—成品，其滑板的顯氣孔率9，6%，體積密度2.98 g/cm3，常溫耐壓強度125MPa，（1 400℃埋炭）高溫抗折強度43.7 MPa，在120 t鋼包使用連滑2.3次，而一般生產(chǎn)用燒成滑板連滑1.5次，可見不燒滑板好于燒成滑板。有些結(jié)合劑雖然有一定的粘結(jié)作用，但會給制品帶來雜質(zhì)成分，降低耐火性能。因此有人研究新的結(jié)合劑，如李有勝等用氯氧鎂水泥結(jié)合鋁鎂質(zhì)無碳不燒磚，在高溫下低熔相減少，尖晶石生成量增多。朱森森用凝膠粉結(jié)合鋁鎂不燒磚，唐寧用鋁酸鎂結(jié)合MgO－Al2O3不燒鋼包磚，其結(jié)合劑成分與磚的主成分一致，可提高制品的耐火性能及高溫強度，降低熔渣的侵蝕。為了提高制品性能，還有人采用多種結(jié)合劑復合使用，既加有機和無機結(jié)合劑，又加超微粉，實現(xiàn)粘著結(jié)合與縮聚，凝聚等多種結(jié)合。目前，北京、上海、遼寧等地的一些化工企業(yè)，研究利用無機納米材料，經(jīng)縮聚反應(yīng)制取耐高溫膠泥粘合劑，以及改性溶液，耐高溫2 000℃以上，無疑對不燒耐火制品的發(fā)展提供了先決條件。

利用添加物來改善或提高不燒耐火制品的性能也是有效的辦法之一。例如，羅旭東等研究用電熔鎂砂骨料、高純鎂砂細粉，以及α－Al2O3和Cr2O3微粉，磷酸鹽結(jié)合劑配料的鎂鋁鉻不燒磚，引入ZrO2使磚的線膨脹率增大趨勢逐漸減弱，ZrO2加入量增多，而膨脹率減小，ZrO2細粉6%時，磚的熱震穩(wěn)定性最好。趙繼忠研究了添加物對磷酸鹽結(jié)合高鋁不燒磚性能的影響，結(jié)果見表6（添加物＜0.088，＜0.044mm）。還研究了添加Cr2O310%的不燒鋁鎂磚，其抗蝕性和抗?jié)B透性提高。高鋁不燒磚中加入蘭晶石等膨賬劑，可提高磚的荷重軟化溫度等。

表6 添加物對磚性能的影響

2.3 不燒磚使用范圍擴大

在我國不燒磚的使用范圍迅速擴大，在消耗耐火材料最多的鋼鐵行業(yè)，凡是用燒成磚的熱工設(shè)備大都改用不燒制品。例如：包鋼煉鐵高爐內(nèi)襯由碳磚改為不燒鋁碳磚，鐵水包用不燒Al2O3－SiC－C磚。不燒紅柱石磚砌鐵水包易磨損部位。幾乎所有煉鋼爐襯用不燒鎂碳磚，鋼包襯用不燒鋁鎂磚或鋁鎂碳磚（有些鋼包用鋁鎂澆注料），RH爐下部槽用不燒方鎂石－尖晶石磚，鋼水真空處理裝置用不燒鎂碳磚，連鑄用不燒滑動水口，不燒滑板，不燒長水口，反射爐用高鋁－碳化硅不燒磚等。

其次燒水泥熟料的回轉(zhuǎn)窯很早就用不燒高鋁磚、不燒鎂鉻磚。燒白云石或活性石灰的回轉(zhuǎn)窯用鎂鋁尖晶石不燒磚，玻璃熔窯格子房用不燒鎂橄石磚，石油化工、電力、機械等行業(yè)用不燒輕質(zhì)隔熱磚等。

特別值得推薦的是鋁電解槽用Si3N4結(jié)合SiC制品，燒成制品工藝復雜，成本高。李磊研究用不同粒度的碳化硅、酚醛樹脂結(jié)合，Si3N4－Al N－Al復合粉體為基質(zhì)的不燒制品，代替Si3N4結(jié)合SiC制品。不燒制品用硅溶膠浸漬后，微觀組織均勻，抗冰晶石及鋁液侵蝕與燒成Sialon結(jié)合SiC磚相當，其抗氧化優(yōu)于Si3N4結(jié)合SiC燒成制品。

以上很多重要部位，使用條件苛刻，都可以使用不燒磚。因此，經(jīng)過認真研究，運用現(xiàn)代技術(shù)，不燒磚完全能取代燒成制品。

3 結(jié)束語

（1）不燒磚簡化生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)周期短，勞動用工少，原燒成工序所需的燃料、電力、人力、設(shè)備都節(jié)省下來，生產(chǎn)成本和設(shè)備投資大幅度降低。且節(jié)能減排，保護環(huán)境。

（2）所有的耐火原料都可以制取不燒制品，凡是用燒成磚的熱工設(shè)備都可以用不燒磚代替。用不燒磚有問題的設(shè)備或部位，應(yīng)加強研究，找出問題的根源，從不燒磚的結(jié)合劑和添加劑入手，提高不燒磚質(zhì)量、適應(yīng)使用條件，不燒磚應(yīng)該能夠取代燒成磚。

（3）耐火材料行業(yè)應(yīng)該取消爐窯等燒成設(shè)備，產(chǎn)品主要是不定耐火材料和不燒磚。

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Characteristics and development of non fired refractory products

XU Pingkun
（Guangzhou Refractory Plant,Guangzhou 510300,China）

In recent years,the non fired refractory products grow fast w ith increasing variety increases,better perform ance and expanding application.The paper introduced the perform ance and characteristics of non fired refractory products,w hich is m eaningful to reducing production cost,efficient resource utilization and energy-saving and em ission reduction.

brick;refractory products;binder;additives;perform ance

X781.5

A

1674-0912（2017）02-0040-05

2016－11－20）

徐平坤（1939-），男，遼寧鞍山人，大學學歷，高級工程師，專業(yè)方向：耐火材料研發(fā)。