一、生产发展 特殊耐火材料是无机非金属材料的一个分支材料,又称高温陶瓷或高温材料。 特殊耐火材料具有高纯度,高熔点和化学及热稳定性,还具备高温下的持久强度等 特殊性能。特殊耐火材料分两大类:一类为高温陶瓷材料,包括各种高熔点的金属 氧化物和某些元素的碳化物、氮化物等。第二类是金属陶瓷材料,是由金属相与陶 瓷相构成的复相系统,用物理或化学方法将金属相与陶瓷相结合成一个整体的新型 结构材料。此外,还有不含金属相的金属陶瓷材料,例如由两种氧化物配成,由氧 化物、碳化物及硼化物相互配成的。山东特殊耐火材料生产已有20多年的历史,目 前生产的氧化铝,氧化镁、氧化锆、氧化铬等纯氧化物制品,刚玉制品,碳化硅、 铝碳制品,熔融石英制品等,均属于特殊耐火材料。 1966年,山东耐火材料厂为了适应冶金、化工、科研等部门生产与科技发展的 需要,开始试制特殊耐火材料,成立氧化物组和试验组,1970年10月这两个组合并, 成立特殊耐火材料车间。主要产品有氧化铝、氧化镁、氧化锆等3个系列346个品种, 氧化铝系列包括纯刚玉、铬刚玉、钛刚玉3个类型。纯刚玉制品有工业用坩埚、砖、 炉管、球等,铬钢玉制品有耐磨喷咀、泥浆泵壳、耐磨衬等,钛刚玉制品有各种工 业用炉管、球等。氧化镁系列有双孔管、单孔瓷柱、坩埚熔器和热电偶套管等。氧 化锆系列有各种熔器坩埚、保温帽、保温罩,各种高温炉衬材料,发热元件、测氧 元件和锆英石钢包衬砖等。此外,还有碳化硅砖、管等异型制品。 1971年4月,王村耐火材料厂开始筹建特殊耐火材料车间(氧化物车间),试制 特殊耐火材料。1980年5月31日,建立王村耐火材料厂分厂,主要产品有氧化铝、 氧化镁、氧化锆制品,铝镁制品和碳化硅砖等。 70年代以来,由于炼钢连铸工艺在国内逐步推广,1972年青岛耐火材料厂开始 试制并小批量生产特殊耐火材料。主要产品有熔融石英质、铝碳质水口、锆质定径 水口及刚玉透气砖和碳化硅制品等。该厂在试验车间的简易条件下,于1973年研制 的国内第一只熔融石英浸入式水口砖,在上钢一厂板坯连铸试用成功,是全国连铸 用耐火材料的一项重大突破,填补了国内一项空白。1975年4月又试制成功铝碳质 浸入式水口,用于特殊钢连铸。两项试制成果为山东发展连铸用特殊耐火材料打下 基础。1978年开始对原有试验车间进行技术改造,增填设备,于1979年建成熔融石 英陶瓷浸入式水口生产线,1980年建成铝碳制品生产线,并投入生产。12年试制成 功锆质定径水口,1983-1984年,扩建了锆质定径水口生产线。 1987年底,山东3家重点耐火材料厂特殊耐火材料生产能力为年产1450吨。 二、生产工艺 特殊耐火材料的生产工艺,与普通耐火材料和传统的陶瓷生产工艺相似。但由 于制品的特殊要求,如高纯度、低塑性、难烧结等,其生产工艺在许多方面超越了 普通耐火材料。其主要工艺流程是: (一)原料制备 包括原料选择、预烧、细粉碎等工序。 山东生产的特殊耐火材料,大多采用经过提纯的原料,而极少采用天然矿物原 料。原料纯度要求在99%左右,杂质极少。或者采用电熔原料制得稳定性高、烧成 收缩小、使用体积稳定的制品。生产特殊耐火材料的氧化物原料一般都需要经过预 烧。经过预烧除掉挥发性杂质、化合水、吸附水、二氧化碳和有机杂质,以提高原 料纯度;使原料致密化、结晶长大,以减少制品的烧成收缩或转变为另一种稳定的 结晶相。适当控制预烧温度,可使原料颗粒表面活化,使坯体能在较低温底下烧结。 特殊耐火材料要求用细粉原料成型,细粉颗粒要求在几微米到几十微米,以改善塑 性,便于成型,使生坯致密。粉料颗粒小,表面积增大,利于烧结。原料经粉碎后, 要进行化学或物理方法的净化,以提高其纯度。 (二)坯体成型 山东特殊耐火材料生产常用的成型方法有:注浆法、压模法、挤压法、热压注 法、等静压法。注浆法又常用于空心浇注和实心浇注。 (三)制品烧成 成型后坯体先在空气中自然干燥,然后进烘箱或烘干房中干燥,以充分除去素 坯中的游离水分。干燥后的坯体可最终烧成。对有些坯体在烧成之前,需先在低于 烧成温度下预烧,称为素烧,其目的在于烧掉在成型过程中加入的有机物,使素坯 具有足够的机械强度,便于尺寸修整、切削、打洞等。纯氧化物制品,因熔点高, 含杂质极少,在高温时液相量极少,很难烧结,其烧结主要靠晶相的再结晶作用。 为促进烧结,在工艺上一般采用如下方法:将物料细粉碎以增加晶格缺陷、使晶格 活化;加入促进烧结的加入物,使之与被烧结氧化物形成有限固溶体,因而使被烧 结氧化物晶格“松散”,使扩散过程容易进行。烧成气氛对烧结也有影响。 山东特殊耐火材料的烧成设备,主要有高温倒焰窑、高温隧道窑、梭式窑、电 阻炉、电弧炉和感应炉等。