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使用温度低于 1200℃的无硅高强浇注料所用的原材料 摘要 铝业、化学和石化工业的耐火浇注料承受的温度比钢铁工业的要低的多。最高温度常在 800-1200℃。尽管 如此，这些应用领域非常关心耐火浇注料的机械强度，耐磨性和化学稳定性。耐火衬的机械强度在中温下 是很有趣的，中温不能给烧结反应提供足够的能量。本文讨论了用于铝业和石化的高性能无硅浇注料所用 的原材料。 1 简介 铝业使用的经典浇注料是基于硅酸铝或矾土耐火骨料的高铝低水泥浇注料。常加入抗湿添加剂，例如 BaSO4 或 CaF2 来减少熔融金属或渣的渗透。铝业的几个趋势要求改进耐火衬[1-3] 。随着对薄箔和多种含镁 合金的纯度的要求日益增加，要求耐火材料和铝液或铝合金溶液接触时有高的稳定性。耐火衬中的杂质， 例如 SiO 、Fe O 和 TiO 被铝或合金组分还原到它们的金属态。合金被污染，刚玉层在耐火衬上形成，这 2 2 3 2 是铝用耐火材料的主要问题。 含杂质（例如盐和油）的铝废料的回收增加了对耐火衬得化学污染。较高的生产效率会导致较苛刻的 条件，较高的加料重量和熔融炉内较高的温度。尽管铝液的温度低于 900℃，但窑顶的温度可能有 1200℃， 热点的温度甚至高于 1200℃。抗湿添加剂 BaSO4 或 CaF2 在 900-1200℃通过减少耐火氧化物的分解或反应， 似乎减少了它们的影响[4，5] 。气孔直径小于 1-2 μm ，铝液的渗透被阻碍了[6-8] 。因此浇注料的微孔性也是抗 湿剂的一个替代，尤其是在高的使用温度下。 致密、低气孔、低或超低水泥浇注料和抗湿浇注料代替熔融炉和保温炉砖衬的趋势开始于北美，现在 [2] [9] 已全球化了 。对较短的维护周期的需求促使了朝不定形耐火材料发展的趋势。Strasser 等 讨论了铝业窑 炉的整体衬。 在石化工业上，耐火衬和处理气体直接接触的例子是氢气的重整装置和气化炉，这些设备在氢气和一 氧化碳的还原气氛下进行操作。工艺条件是压力大约为 25 bar，温度为 950-1100℃。另外，催化裂化装置 [10] （液体催化裂化装置）、加压流化床锅炉、输送线也需要使用耐火材料 。 石化行业，因为容器内含催化剂的气流的高速运动，所以对耐火材料的主要要求是耐火氧化物的抗还 原能力，抗 CO 的侵蚀能力，耐磨性能的稳定性。低稳定性氧化物，例如 SiO2，会被工作气体还原为气态 的 SiO，然后在热交换器中冷凝，降低了效率，SiO2 的分解降低了耐火衬的强度，增加了气孔率。Tossot [10] 等人详细讨论了氢气的侵蚀 。 根据布氏反应 2CO=CO2+C ，CO 在 500℃左右能分解，导致 C在耐火材料结构内形成，从内部破坏耐 火材料。耐火材料内部游离铁或铁的氧化物杂质是这个反应得必要催化剂。Bartha 和 Kohne[11]，和 Tassot 等人[10]详细讨论了这一现象，包括对 C 沉积引起的压力的校核，反应对温度、气氛组成和压力的依赖性。 为了获得理想的抗氢气和一氧化碳的侵蚀性，必须选择合适的耐火原材料。例如板状刚玉仅含微量 SiO2 （最大值 0.09%）和铁（典型值 10-50ppm，最大值 200ppm），它具有高的抗 CO侵蚀性[12-13]。 耐磨性是石化工业用耐火材料规范的一部分[13]，例如对致密水硬性浇注料 ASTM C704要求最大磨损为 3 3 7cm ，而工业标准要求为 4cm 。 2 耐火材料的热力学稳定性 [15] θ Muan 和 Osborn 写道，‘氧化物相对元素的稳定性的当量测量是生成标准自由能（ΔG=RTlnP ）’。 O