耐火澆注料是由一定級配的耐火骨料和粉狀物料與結(jié)合劑、外加劑混合而成，不經(jīng)過成型和燒成工序而直接使用的一類耐火材料。

近年來，不定型耐火制品的產(chǎn)量越來越高，應(yīng)用范圍也越來越廣。

耐火澆注料是不需高溫?zé)?，?jīng)過施工烘烤后直接使用，且生產(chǎn)工藝簡單、節(jié)約能源和勞動力、可機(jī)械化施工、整體性好、易修補(bǔ)和壽命高的新型耐火材料。

耐火澆注料通常根據(jù)氣孔率的大小、選用的結(jié)合劑或結(jié)合方式、骨料的種類和施工方式進(jìn)行分類。

按氣孔率可分為致密耐火澆注料和隔熱耐火澆注料。

按膠結(jié)方式分類，耐火澆注料可分為水合結(jié)合耐火澆注料、化學(xué)結(jié)合(含聚合結(jié)合)耐火澆注料、水合和聚合共同結(jié)合的耐火澆注料(典型代表為低水泥結(jié)合耐火澆注料)和凝聚結(jié)合耐火澆注料四大類型。

按結(jié)合劑和某些材料的特殊作用進(jìn)行分類，可分為以下7類：

(1)黏土結(jié)合耐火澆注料;

(2)超微粉(如硅灰等)結(jié)合耐火澆注料;

(3)水泥結(jié)合耐火澆注料;

(4)化學(xué)結(jié)合耐火澆注料;

(5)ρ-Al?O?(水合Al?O?)結(jié)合耐火澆注料;

(6)低水泥結(jié)合耐火澆注料;

(7)硅、鋁溶膠(溶膠-凝膠)結(jié)合耐火澆注料。

根據(jù)原料組合，耐火澆注料可以分為氧化物系耐火澆注料、非氧化物系耐火澆注料和復(fù)合耐火澆注料。氧化物系耐火澆注料又可細(xì)分為非堿性耐火澆注料和堿性耐火澆注料。

根據(jù)施工方式，耐火澆注料(體)可分為振動施工型耐火澆注料和自流型耐火澆注料兩大類。

根據(jù)耐火澆注料是否含水泥成分或CaO含量可簡單地分為普通耐火澆注料、低水泥耐火澆注料、超低水泥耐火澆注料和無水泥耐火澆注料四大類。

耐火骨料是耐火澆注料中+0.88mm或+0.1mm的部分，是耐火澆注料組織結(jié)構(gòu)中的主體材料，起到骨架的作用。耐火粉料則是澆注料中的基質(zhì)部分，經(jīng)高溫作用后聯(lián)結(jié)或膠結(jié)耐火骨料，起到填充氣孔、達(dá)到緊密堆積、保證混合料的流動性、體積穩(wěn)定性并促進(jìn)燒結(jié)的作用，終提高耐火澆注料的密度、強(qiáng)度和高溫性能。

因此耐火澆注料的性能主要取決 于配方中所使用的原料，為了提高耐火澆注料的性能，大部分廠商已經(jīng)在主原料中采用高純原料、均質(zhì)料、電熔料、合成材料、轉(zhuǎn)型材料以及超細(xì)粉。下面說一下在耐火澆注料的配方當(dāng)中，經(jīng)常用到的24種原料。

(1)燒結(jié)剛玉。

燒結(jié)剛玉也稱為燒結(jié)氧化鋁或半熔氧化鋁，是以煅燒氧化鋁或工業(yè)氧化鋁為原料，經(jīng)磨細(xì)成球或坯體，在1750~1900℃高溫下燒結(jié)而成的耐火熟料。含三氧化二鋁99%以上的燒結(jié)氧化鋁多由均一的細(xì)晶剛玉直接結(jié)合而成。顯氣率為3.0%以下，體積密度達(dá)到3.60%/m3，耐火度接近剛玉的熔點(diǎn)，高溫下具有較好的體積穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性，不受還原氣氛、熔融玻璃和金屬液的侵蝕，常溫、高溫機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性較好。

(2)電熔剛玉。

電熔剛玉是以純氧化鋁粉末為原料在高溫電爐熔融制成的人造剛玉。具有熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度大、抗熱震性好、抗侵蝕性強(qiáng)及線膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)。電熔剛玉是制造高級特殊耐火材料的原料。主要包括電熔白剛玉、電熔棕剛玉、亞白剛玉等。

(3)電熔白剛玉。

電熔白剛玉是以純氧化鋁粉末為原料，經(jīng)高溫熔煉而成的，呈白色。白剛玉的冶煉過程，基本上是工業(yè)氧化鋁粉熔化再結(jié)晶的過程，不存在還原過程。Al?O?含量不小于9%，雜質(zhì)含量很少。硬度比棕剛玉略小、韌性稍低。常用于制作磨具、特種陶瓷及高級耐火材料。

(5)亞白剛玉。亞白剛玉是在還原氣氛和控制條件下電熔特級或一級鋁礬土而制得的。熔融時加入還原劑(碳)、沉降劑(鐵屑)及脫碳劑(鐵鱗)。由于其化學(xué)成分和物理性能均接近白剛玉，故稱為亞白剛玉。它的體積密度在3.80g/cm3以上，顯氣孔率小于4%，是制造高級耐火材料與耐磨材料的理想材料。

(6)莫來石。

莫來石是以3Al?O?·2SiO?為主晶相的耐火原料。天然莫來石非常少，通常用燒結(jié)法或電熔法等人工合成。莫來石具有膨脹均勻、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化點(diǎn)高、高溫蠕變值小、硬度大、抗化學(xué)腐蝕性好等特點(diǎn)。

(7)鋯剛玉莫來石。

鋯剛玉莫來石是以工業(yè)氧化鋁、高嶺土和鋯英石為主要原料，經(jīng)細(xì)磨、均勻混合、半干壓球，并經(jīng)1600~1700℃高溫煅燒合成的。增加鋯英石含量會導(dǎo)致燒結(jié)溫度提高，減少總收縮量，增加封閉氣孔，這些反應(yīng)使燒結(jié)鋯剛玉莫來石具有較高的密度和強(qiáng)度以及較好的抗熱震穩(wěn)定性和抗渣性。

(8)鎂鋁尖晶石。

鎂鋁尖晶石是以工業(yè)氧化鋁和輕燒氧化鎂為原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)或電熔合成的。鎂鋁尖晶石的化學(xué)式為MgO·Al?O?，其中MgO含量為28.2%，Al?O?含量為71.8%。具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、熔點(diǎn)高、熱膨脹小、熱應(yīng)力低、熱震穩(wěn)定性好，抗堿性渣侵蝕能力強(qiáng)及良好的電絕緣性能等優(yōu)點(diǎn)。

(9)硅線石、紅柱石、藍(lán)晶石。

化學(xué)式為Al?O?·SiO?，理論組成為Al?O?63.1%，SiO?36.9%。加熱后均不可逆地轉(zhuǎn)化成莫來石和方石英，具有抗渣蝕性良好、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化點(diǎn)高等優(yōu)點(diǎn)，藍(lán)晶石族礦物產(chǎn)品是不定形耐火材料的優(yōu)質(zhì)原料，硅線石和紅柱石因加熱時體積變化較小，可直接制磚或作耐火骨料;藍(lán)晶石加熱時體積膨脹大，如作不定形耐火材料的膨脹劑，可直接使用。

(10)高鋁礬土。

我國高鋁礬土資源主要分布在山西、河南、廣西和貴州。經(jīng)高溫煅燒的高鋁礬土熟料主要用于高鋁質(zhì)耐火材料，也可用來制作電熔棕剛玉、亞白剛玉。近年來，我國生產(chǎn)的均化礬土熟料，由于其吸收率低、性能穩(wěn)定，在不定形耐火材料中的應(yīng)用取得良好的效果。

(11)軟質(zhì)黏土。

軟質(zhì)黏土的礦物組成主要為高嶺石或多水高嶺石，夾雜有其他雜質(zhì)礦物，Al?O?含量可以從22%至38%，耐火度平均在1600℃左右，軟質(zhì)黏土多呈土狀，顆粒細(xì)微，在水中易分散，可塑性與黏結(jié)性很強(qiáng)。在可塑料、搗打料、噴補(bǔ)料及耐火泥漿及中低檔耐火材料中有廣泛應(yīng)用。

(12)黏土熟料。

按照所用原料及生產(chǎn)方法的不同，耐火黏土熟料可分為兩種類型：一類是將硬質(zhì)黏土塊直接在窯爐中鍛燒而得;另一類是采用高嶺土或硬質(zhì)黏土，經(jīng)細(xì)磨、均化、壓濾脫水、干燥，后在窯爐中燃燒而成，是高質(zhì)量的黏土熟料。硬質(zhì)黏土熟料的主要礦物相為莫來石，占35%~55%，其次為玻璃相與方石英。黏土熟料是普通硅酸鋁耐火材料的主要原料。

(13)菱鎂礦。

菱鎂礦是以碳酸鎂(MgCO3)為主要成分的天然堿性礦物原料。我國菱鎂礦資源豐富，品質(zhì)高，儲量大。菱鎂礦主要分布在遼寧省。菱鎂礦主要用于生產(chǎn)燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂及生產(chǎn)堿性耐火材料的原料。

(14)燒結(jié)鎂砂。

燒結(jié)鎂砂是將菱鎂礦在1600~1900℃下充分燒結(jié)而得的產(chǎn)物，主要礦物為方鎂石。優(yōu)質(zhì)鎂砂MgO含量一般在95%以上，顆粒體積密度不小于3.30g/cm3，具有優(yōu)良的抗堿性渣侵蝕的性能。燒結(jié)鎂砂是生產(chǎn)堿性耐火材料的主要原料之一。

(15)電熔鎂砂。

電熔鎂砂是用精選的菱鎂石或燒結(jié)鎂砂在電弧爐中經(jīng)2500℃上高溫熔融而制成的。與燒結(jié)鎂砂相比，主晶相方鎂石晶粒粗大且直接接觸，純度高，結(jié)構(gòu)致密，抗堿性渣強(qiáng)，熱震穩(wěn)定性好，是高級含碳不燒磚和不定形耐火材料的良好原料。

(16)碳化硅。

碳化硅通常是以焦炭和硅砂為主要原料的混合物經(jīng)電爐高溫熔煉制成的。在1400-1800℃的溫度下生成β-SiC(立方晶)，溫度高于1800℃時生成α-SiC(六方晶)。碳化硅具有硬度高，熱導(dǎo)率高，熱膨脹率低及優(yōu)良的抗中性與酸性渣等性能。商品碳化硅的組成范圍為含SiC90%~99.5%，耐火澆注料、噴補(bǔ)料、搗打料和可塑料往往采用純度較高的碳化硅。

(17)硅灰。

硅灰是生產(chǎn)硅鐵和硅產(chǎn)品的副產(chǎn)品。外觀為白色到深灰色的細(xì)粉，其顆粒呈圓形，顆粒直徑一般為0.02~0.45μm，比表面積約為15~25m2/g，體積密度為0.15~0.25g/cm3，近年來，有些硅灰已作為主導(dǎo)產(chǎn)品，而不再是副產(chǎn)品。它純度高，顏色為白色，且成分穩(wěn)定。在自流澆注料中應(yīng)用顯示出良好的流變性。

(18)石墨。

石墨分為人造石墨和天然石墨。人造石墨是用石油焦燒結(jié)(加熱到高于2800℃)或用石墨電極的工藝兩種方式制成。天然石墨晶體為具有菱形六面體對稱性的六方晶系。通常有三種形式：無定形態(tài)、鱗片石墨和純結(jié)晶體。無定形石墨(沒有形態(tài))和人造石墨在澆注料的應(yīng)用中其流動性優(yōu)于鱗片石墨和結(jié)晶石墨。

(19)瀝青。

煤焦油瀝青比石油瀝青具有較高的殘?zhí)剂?，都能有效地給耐火材料提供碳組分。根據(jù)物料的配方設(shè)計(jì)要求，可以細(xì)粉或顆粒形式使用。在不定形耐火材料應(yīng)用中使用瀝青優(yōu)于其他形式的碳(如石墨)，因?yàn)闉r青熔化溫度低，可包裹顆粒，因而提供了良好的抗渣侵蝕的保護(hù)層。

(20)鋁酸鈣水泥。

生產(chǎn)高鋁水泥的主要方法是燒結(jié)法，較純的石灰石是生產(chǎn)所有鋁酸鈣水泥的氧化鈣原料，燒結(jié)氧化鋁用于生產(chǎn)高檔鋁酸鈣水泥，而低鐵、低硅鋁礬土用作中檔和低檔高鋁水泥的氧化鋁原料。純鋁酸鈣水泥或高鋁水泥是用于耐火澆注料和噴補(bǔ)料結(jié)合相的重要的水硬性水泥。在耐火澆注料襯體施工時，必須嚴(yán)格控制水溫和加水量、混練強(qiáng)度和時間、溫度及升溫速率，其中溫度是重要的參數(shù)，它顯著影響水泥結(jié)合相的生成和加熱初期水分的排出。

(21)硅溶膠。

硅溶膠是一種分散有二氧化硅顆粒的含水膠體，是觸摸起來有點(diǎn)黏性的乳白色液體，具有高的比表面。硅溶膠可以通過脫水、改變pH值、加入鹽或可與水混溶的有機(jī)溶劑來膠結(jié)。干燥時，通過快速脫水在顆粒表面形成硅氧(Si—0—Si)結(jié)合，從而產(chǎn)生聚合和內(nèi)部結(jié)合。硅溶膠由溶液轉(zhuǎn)化成固體通稱為膠結(jié)。常用于涂料、澆注料、泵送料、搗打料和噴補(bǔ)料。

(22)硅酸鈉。

常用的硅酸鹽是硅酸鈉(Na?O·mSiO·nH?O、硅酸鉀和硅酸鋰。硅酸鈉的脫水物通常像玻璃一樣透明，并可溶于水，所以亦稱為水玻璃。工業(yè)產(chǎn)品中SiO?/N?O的摩爾比(稱為水玻璃的模數(shù))在0.5~4.0之間，耐火材料用硅酸鈉的摩爾比為2.2~3.35。硅酸鈉水溶液的黏度受其摩爾比和濃度影響，并隨溫度顯著變化。硅酸鈉在水溶液中發(fā)生水化，且溶液呈堿性。摩爾比越小，硅酸鈉水化越明顯，且pH值隨摩爾比減少而下降。摩爾比較高的硅酸鈉水化反應(yīng)緩慢。選擇硅酸鈉結(jié)合耐火材料的固化劑需根據(jù)耐火材料的應(yīng)用確定。常用的固化劑有氟硅酸鈉、聚合氯化鋁、磷酸、磷酸鈉、聚合磷酸鋁、聚合磷酸鎂、戊硼酸銨、乙二醛、檸檬酸、酒石酸、乙酸乙酯等。

(23)磷酸和磷酸鹽

正磷酸本身并無黏結(jié)性。當(dāng)它與耐火物接觸后，由于兩者間迅速發(fā)生反應(yīng)生成磷酸鹽，才使它表現(xiàn)出良好的黏結(jié)性。不同形式的磷酸鹽都可用作結(jié)合劑。使用與耐火材料多的鹽是磷酸鋁，作為結(jié)合劑磷酸二氫鋁以其在水中的溶解性、結(jié)合強(qiáng)度和穩(wěn)定性而著稱。磷酸鈉在耐火材料中主要用于凝聚、解聚和用作堿性噴補(bǔ)料的結(jié)合劑。聚磷酸鈉在澆注料中常被用作減水劑。另外磷酸鈉可與堿土金屬化合物(如CaO和MgO)發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生凝聚。正是基于磷酸鈉的這種性能而使其應(yīng)用于鎂質(zhì)堿性噴補(bǔ)料。

(24)ρ-Al?O?

ρ-Al?O?是一種活性氧化鋁，它與其他晶態(tài)的Al?O?不同，是結(jié)晶差的Al?O?變體。在Al?O?的各種晶態(tài)中，只有ρ-Al?O?在常溫下具有自發(fā)水化反應(yīng)，水化生成的三水鋁石和勃姆石溶膠可以起到膠結(jié)和硬化作用。ρ-Al?O?在高溫下后都轉(zhuǎn)變成一種優(yōu)良的耐火物α-Al?O?(剛玉)。所以這種ρ-Al?O?結(jié)合的澆注料可以看做一種耐火材料自結(jié)合的澆注料，既起結(jié)合劑的作用，其本身又是高級耐火氧化物，具有顯而易見的優(yōu)良性能。

選用不同的原料作為耐火澆注料的主原料，便可制成性能不同、使用溫度和范圍不同的澆注料。當(dāng)然只有主原料是不行的，還需要有結(jié)合劑、外加劑以及一些特殊的添加材料，這些都是為了提高耐火澆注料的性能，關(guān)于常用的其他材料，我們在下篇文章中再做詳細(xì)的介紹。