俄罗斯阻燃隔热新材料

1、耐火隔热新材料材料的制取工艺与传统材料相比，这种耐火隔热新材料具有更高的使用性能。研制了专门工艺制取此种材料，如冷胀、自传播高温合成(CBC)，或者二者结合起来。冷胀法无机复合材料的冷胀是在室温条件下进行的，无任何加热或特定条件。膨胀效果是基于两种或两种以上成份，并且可析出气态产品混合物的化学反应。自传播高温合成工艺自传播高温合成是基于流经凝聚相氧化剂燃料系统无气燃烧原则。这样的反应系统有Ti+B,Si+C,Al+Fe2O3等。在类似系统中的燃烧可能实现多相燃烧的波状方式。在试剂(试剂沿样品移动)相互反应作用的狭窄区域内发生化学变化。在凝聚相中进行自传播高温合成时，温度升至1500-4000O

2、C，燃烧波的锋面传播速度高达5-50mm/秒甚至更高。类似无气燃烧的条件是化学反应时释出的热量和燃烧物的热稳定性能。这些因素决定了最终产品的物理化学结构，产品可保持高热量，以及不改变主要性能条件下的机械和化学负载。自传播高温合成过程的高速度确定了其与传统方法相比具有高度生产效率。CBC-过程的优势：外部能耗小，技术方法和设备简单，过程快速，最终产品纯度高。所制取的最终产品具有广泛的使用性能：难熔性，耐高温耐腐蚀，在化学腐蚀环境和高速气流环境中具有高度的稳定性能。高耐磨性和机械强度。CBC制取的新品种耐火复合材料中，莫来石材料具有特殊地位，它是在SiO2、金属铝粉和其他成份相互作用下形成的。不同

3、于传统燃烧波引发方式，Al+SiO2中CBC过程的主要引发方式是初步逐渐加热所有材料至符合引发热化学合成反应的所需温度。CBC反应的引发温度为650-9500C，具体的引发温度取决于所选试剂的性能、离散度、成份的比例和系统的初始密度。在合成过程中有两种或几种化学成份元素或化合物的放热作用，这种放热相互作用在定向燃烧方式下进行。由于热化学合成的氧化还原反应，形成了莫来石结构，该结构符合化学分子式3A12O3*2SiO2。最终产品反应成份符合分子式mAl2O3*nSiO2,这里m=65-70%,n=30-35%.在CBC过程中合成的化合物，如3Al2O3*2SiO2,5Al2O3*3TiB2,B4

4、C,2A12O33SiC等属于高耐火材料。可能制取多种CBC材料，如耐火制件，混凝土，保护强化涂层，筑砌砂浆等。冷胀法与CB结合冷胀法与CBC结合可制取多种带有不同物理化学、机械、热物理和使用性能的耐火隔热材料。可用冷胀法，同时使其保持CBC方式，建立特定的多孔结构，以制取表观密度0.3-2r/cM3或更高的材料。以这种工艺制取的耐火隔热材料见图1。可实际应用于铝硅酸盐耐火材料，作为用CBC工艺制取的涂层新材料，称之为保护加强型氧化陶瓷涂层（OKn）。OKn涂在铝硅酸盐制件和金属炉内衬、锅炉设备、建筑材料制造炉等的隔热材料表面上。OKn应用领域有所扩大，而其表面的物化和机械腐蚀性能降低，耐火材

5、料在静态和动态条件下（包括循环条件，腐蚀介质条件，高温气流和尘流条件）的耐高温性能提高了50-1000C。OKn在700-850OC热力设备运行CBC反应引发过程中，形成于轻质或超轻耐火泥表面。涂层厚度-1-4MM，确切厚度取决于运行条件。所选具有物化性能和机械性能的成份的结合，使涂层具有各种使用性能。OKn特点是具有高耐火性（可达2000OC）、机械强度、耐磨性、以及在燃烧和废烟气腐蚀物中的耐酸碱性。本涂层改善了耐火材料的表面性能，主要体现在孔隙度降低到1.5-2倍（取决于材料的初始表观密度）。OKn涂层可大大提高热力设备内衬的使用寿命。氧化陶瓷化合物可包含莫来石，蓝晶石，氧化铝，碳化硅，氧

6、化铬，硼化钛，氮化硼，氮化铝等。所选各种性能的原始成份的结合，可确保能够制取具有所需性能的复合涂层。基于CBC工艺，研制了一系列用于维修复原的砌筑砂浆混合物。CBC-耐火砌筑混合物用于炉、锅炉、反应器等设备内衬，砌筑砂浆用于加固耐火泥、高铝氧及其他耐火制件。这种混合物加入添加物（如耐火制件的碎块），可制备用于维修内衬磨损部分，或者用作保护涂层的轻型致密多孔耐火混凝土。这种砌筑砂浆混合物是由若干种矿物成份组成的低离散度无毒粉末。使用前应向混合物中加入液体玻璃，用法与普通砌筑砂浆一样。在炉内达到大约8500C的加热温度时，在砌筑缝中引发CBC反应，此时出现高温（1600-1800OC）燃烧定向波。

7、在此情况下，短时间内发生多种成份混合物的熔化，浸透耐火材料表面大约0.5毫米。使用该种材料时没有出现制件表面脱落或缺陷。合成后溶液的耐火度达到1800OC,耐热度超过50个气动热循环。请特别注意不久前刚刚研制的特轻型耐火混凝土新产品，其名称为耐热特轻多孔CBC混凝土（來CE）。本材料具有一系列优势：密度很低（200-600公斤/m3）,良好的导热性能和吸热能力，机械强度高，耐火，耐热，应用的温度区间大。此外，该材料对耐火制件具有高度粘附力。多孔特轻CBC-混凝土是用预先制备粘液泥浆浇注而成，将泥浆浇注到可拆卸式的模具中，制取各种形状的成品-砖，块，方材，板材等。多孔膨胀混凝土制取工艺的基础在于

8、，形成多成份无机系统的试剂相互作用的化学过程。这些系统中，多相反应是在液相中进行的，其中一种试剂的固体颗粒表面发生多相反应，试剂可释出大量热量的气态反应物。多相反应过程取决于多种因素：混合物成份，泥浆性能与浓度（泥浆每种成份的物化性能、离散度等），多相反应过程的条件（环境温度，反应器热物理性能注塑模具，换热条件）等。多相反应确保可以在室温条件下（膨胀系数2-4），制取密度（200-1200公斤/m3）膨胀轻型和特轻多孔耐热（或隔热）材料在冷胀的最后阶段，形成含莫来石化合物的多孔结构。按照这种工艺制取的多孔超轻耐火材料，具有一系列独特使用性能：高耐化学和耐腐蚀性，耐磨性，低导热性，应用温度高，与

9、相同密度的已知现有材料相比具有更高的机械性能。耐火隔热新材料具有高使用性能的前提是采用一系列不同于现有工艺的专门方法进行制取。例如，在冷胀工艺中有效提高原始成份的体积，确保矿物质在化学反应过程中固化的同时有力膨胀，使特轻制件的多孔结构具有非均质特性，并提高材料的强度。CBC过程中发生了反应性能最强的物质，它具有氧化剂和还原剂的性能。其相互作用的结果就是形成独特使用性能的矿物质。所研制的工艺可结合使用，也可单独使用。采用冷胀工艺时，可制取多种工作温度1000-11000C的特轻型多孔耐火隔热材料。只采用CBC工艺时，可生产工作温度800-18000C基于铝硅酸盐的耐火和高耐火材料。两种工艺结合使

10、用时，可扩大提高材料的应用领域，并制取多用途新材料。制取耐火材料时使用天然矿物质作为原料，如砂、粘土、珍珠岩、蛭石等，或者使用耐火建筑材料：耐火粘土、水泥、石灰、石膏等。在原料中可加入各种工业或建筑废料：粉煤灰、矿渣、建材碎料。这种生产成品制件、半成品、干混合物的工艺无废料，也就是说它是节能环保的，因为制取材料的这两个工艺中的主要能量都是用于各种成份的化学作用。工艺的主任优势之一就是它的生态清洁性。冷胀时化学反应的唯一气态物就是水蒸气，而CBC工艺完全没有气体释出。制取耐火材料所用的成份（如天然矿物质，建筑材料等）都是生态环保的。所研制的大部分材料（耐火、耐火隔热、保护加强涂层、涂料、混合物和

11、溶液）都成功在不同工业领域20多个企业实际使用条件下进行了试用，其中一系列产品（氧化陶瓷涂层、砌筑砂浆）在黑色和有色金属冶炼、热力工程、机械制造企业的炉衬和热力设备中广泛使用。涂层和涂料的涂覆工艺简便。用手动气动喷枪、胶辊或刷子在准备好的表面（即用金属刷刷净的表面）涂总厚度2-2.5毫米或更厚的若干层泥浆。最近研制出了具有可变截面密度的材料。其有效工作部分可具有更高的密度（约1000公斤/m3）,而外层密度较低，约300公斤/m3。在工作面涂抹保护加强涂层，可大大提咼制件的使用性能。II.法律保护材料及其制取方法的俄罗斯联邦专利2002年5月2日N:2182569，递交申请的有2002年9月1

12、6日2002112797/03。就俄罗斯现状而言，这些新材料最有前景的应用领域，就是用相对便宜耐火材料（半酸性耐火材料、耐火土耐火材料、耐火硅砖耐火材料、莫来石氧化硅耐火材料、轻型耐火材料）制成的热力设备内衬的保护层，或者用于提高炉衬使用寿命CBC砌筑砂浆。CBC砌筑砂浆可确保CBC反应引发热力设备预热（烘干）时耐火制件的粘结。由于制备整体砌筑，此时在缝中形成氧化陶瓷材料，这就使强度、耐腐蚀性能大大提高。由于使用多层、多成份保护加强CBC涂层，热力设备使用寿命得以显著提高，耐腐蚀性能、炉衬热保护性能也得以提高。制取的新材料（涂层、砌筑砂浆、维修还原混合物等）具有高耐火性（约20000C）、机械

13、强度、耐磨性（耐磨损、耐液体动力磨损）、耐燃烧和废烟气腐蚀环境中的酸和碱、耐金属熔体、熔渣及其他液体介质。这些涂在耐火材料表面的新材料，大大改善了防火材料的表面性能：材料孔隙度降低到1.3-1.8倍，机械强度提高到2-3倍，机械磨损度降低到2-2.5倍，炉衬面层硬度提高。所进行的试验表明，由于在耐火土制件工作表面涂了保护加强CBC涂料，热力设备内衬使用寿命提高到2-3倍甚至更高。而铸钢桶、斜槽及其他设备可提高到3-15倍，从而大大降低了运营费用。目前降低热力设备运营费用并改善其性能的工作有以下方向：1.提高热力设备内衬、耐火材料制备的易磨损件的耐用性：铸钢斗、中间铸钢桶；浇铸铸铁和钢的斗；小型

14、浇铸包；用于熔融铝及铝合金的浇铸真空斗；斜槽；化铁炉：热风炉和铝电解槽热风风管；反射炉和用于熔化铝及其他有色金属的搅拌器；用于烧结铝氧土的回转炉。用更便宜的耐火材料和制件代替昂贵材料，例如耐火土材料、耐火硅砖、莫来石硅及其他用于炉衬（矿山炉和反射炉，搅拌机及其他高铝氧和镁氧耐火材料制成的设备，用于浇铸铸铁、钢、铝及其他金属的斜槽，铸钢斗和中间浇铸桶，搅拌式铁水罐车，用于生产铝氧土的回转炉，热风炉和家庭用或冶金炉用的热风风管）的材料。提高热力设备炉衬，以及耐火砖、高铝、刚玉、镁氧制件和材料的耐用性：如冶金炉构件，搅拌机，转炉，斗，用于熔化铸铁、铝及其合金、铜合金筀等的坩埚炉。在生产高质量钢材时改

15、善浇注金属及合金的质量;通过钢锭模熔化合金时在浇铸料斗工作表面使用专门的陶瓷层改善耐热镍合金（如用于涡轮叶片的合金）的质量。“电炉钢”冶金厂曾经在电弧炉溢流槽的工作表面（内壁最严重的磨损面和铸钢桶底部）使用氧化陶瓷CBC保护加强涂层（OKn-6）。试验证明，溢流槽涂层经受18次熔炼无损坏，而无涂层的溢流槽内衬只能经受2-3次熔炼，也就是说，带OKn槽内衬耐用性提高到6-9倍。此时，试验期内在槽里并没有发现明显粘附痕迹，也没有进行而把清洁。带OKn的铸钢桶壁工作面经受了15次熔化，此时斗底表面无磨损。在“俄罗斯金属”股份有限公司使用溢流槽，其内衬耐用度提高到三倍以上。在溢流槽内壁所用的专门陶瓷涂

16、层与铝液及液体铝合金的反应极低，铝液冷却后易从涂层脱离。在“A3”股份公司使用CBC砌筑砂浆和CBC涂层，用于600公斤浇铸斗内衬，CBC-涂层-用于浇铸槽的工作表面。试验结果表明：使用带CBC材料的耐火内衬铸钢桶，浇铸可锻铸铁和灰铸铁时可使用37天（60个班），而无CBC涂层铸钢桶只使用了4个班。在浇铸桶整个工作周期内没有发现内衬处有金属和炉渣的积垢，使用期内无需清除内衬积垢。无需沿砖缝清除砌筑砂浆;工作60个班后由于内衬底部磨损进行了维修。内衬的脱砂性没有变差。可了，维修周期提高到15倍，此时CBC涂层没有被金属和炉渣浸透，防止了炉垢的形成。浇注槽试验结果表明：-在浇注槽内衬使用CBC涂层

17、将维修周期提高到至少1.5倍（槽进行的维修不是因为内衬的磨损，而是由于感应线圈发生故障）。在“A.K.谢罗娃”冶金厂在16吨铸钢桶（浇注钢和铸铁）内衬、铸造设备（向钢锭模中浇铸钢和铸铁）冒口部分使用了CBC材料。铸钢桶经受了26次熔化，铸钢桶使用寿命延长了一倍。如果只用铸钢桶浇注一种金属，则铸钢桶耐用性大大提高，因为此时可确定CBC涂层的最优成份。但是即使以非正确方式使用铸钢桶，在整个使用周期内也没发现内衬有金属垢和残渣垢。冒口部分的内衬使用寿命达到40次或更多次熔融金属。从钢锭模中取出钢锭的过程得以简化。OKn用于保护感应坩埚和槽式感应炉（用于熔化黑色或有色合金，特别是铝合金）的内衬，这方面

18、应用前景极佳。CBC-混合物和溶液的应用大大提高了炉衬（在腐蚀环境中和高速气流、尘流环境中的炉）的耐用性。如与保护加强涂层结合使用，则效率更高。耐火混合物CKP-1和CKP-2用作铝硅酸盐耐火材料的砌筑砂，而CKP-3和CKP-4-用于粘接到耐热轻型或超轻型多孔CBC整体混凝土來CE,HCE等上面。例如，这些混合物和溶液用在铝电解槽阴极装置内衬上，可建立坚固的整体结构，确保延长阴极装置的寿命，使用CBC混凝土一可提高产品耐用性。在俄罗斯多个冶金和机械制造厂进行了CBC涂层、砌筑砂浆在“撞击”区内衬多层部件、铸钢桶炉渣带、铸钢桶铸铁和钢配量装置、铁水罐（内衬炉渣带和经受金属流冲击的部分）、煅烧炉

19、和化铁炉熔化带、感应坩埚炉（熔化黑色和有色金属及合金）的试用。进行了选择CBC涂层、溶液（用于砌筑和维修复原基于高岭土、莫来石氧化硅、刚玉纤维的耐火硅砖、硅酸盐、含铬硅酸盐制件）成份和制取工艺。为了提高CBC涂层效率，还向其中加入了SiC,ZrO2和氮化物。CBC冷胀与CBC结合冷胀耐火材料，涂层和溶液-用于铝硅酸盐耐火材料的高耐火氧化陶瓷涂层(OKn-i-OKn-4)-耐火压制莫来石陶瓷材料(nKA-1,nKM-2)-铸造高耐火陶瓷CBC材料(HCB-l,HCE-2)-敷硅铝酸盐制件的CBC-溶液(CKP-1,CKP-2)-进行维修一复原工作的CBC-溶液(CPC-1,CPC-2)耐火隔热材

20、料-耐热特轻多孔CBC-混凝土(CE-0,25-CE-0,70)-双-多层轻型或特轻多孔CBC-混凝土(用CB-M)-带氧化陶瓷涂层的稳定密度或可变密度的耐热轻型或特轻多孔CBC混凝土(:氷CB-II)-连接(粘合)CE(CKP-3,CKP-4)制件的砌筑用CBC溶液隔热材料-阻燃膨胀隔热材料(HBTM-1)-轻型或特轻耐火多孔混凝土(OHE-0,25-OHE-1,120)表1.主要特性规格OKn-1-OKn-6nKM-1,2HCE-1,2讯CE-0,23-讯CE-0,70讯CE-0,3-讯CE-0,4nHBTM-1CKP-1,2CKP-3,4CPC-1,2表观密度，公斤/m31900-190

21、0-1100-230-300-210-2100-2000-2000-210022002000700400300220021002100耐火度,C,min1800180018001700-工作温度,C,max-1750-1300-1100-1200-1000-1300-1200-1200-18001500135013501050150014001400抗压强度极限值，兆帕,min20151-53-50.8-2.5-20C时的导热系0.70-0.75-0.45-0.08-0.13-0.07-数,Bt/mK0.850.850.800.180.180.09磨损度，毫克/mcm228-3625-3228-30-30-36-开口孔隙度,%15-2013-16