從上個世紀(jì)初到現(xiàn)在百余年間,耐火材料技術(shù)發(fā)生了巨大變化。當(dāng)今的耐火材料已然不僅僅是天然礦物混合料的簡單燒制物,而越來越多是經(jīng)過精心設(shè)計和制造的高端制品。耐火材料是一類保證高溫工業(yè)正常運(yùn)行乃至高溫工業(yè)某些技術(shù)進(jìn)步的使能材料,使得諸如鋼鐵、水泥、有色金屬、玻璃、陶瓷及各種機(jī)械、化工產(chǎn)品的制造或加工成為可能。
耐火材料性能的改善和創(chuàng)新,更多著手在基質(zhì)方面。而耐火材料的構(gòu)成,骨料是主要部分。骨料自身的特性、骨料和基質(zhì)的相互作用,在很大程度上影響耐火制品的整體性能。球形耐火骨料與傳統(tǒng)的不規(guī)則形狀骨料相比,具有獨(dú)特的性能,主要包括高流動性,有利于致密堆積性,粒度分布易控性等。用球形骨料適當(dāng)取代傳統(tǒng)骨料,可望改善耐火材料的施工性和使用性能,如消除澆注料不利于輸送和流動的脹流,改善澆注料自流性,獲得更均勻致密結(jié)構(gòu),提高抗蝕性等。制造球形骨料的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性是關(guān)系能否得到推廣使用的兩大要素。
球形物料良好的流動性為多個行業(yè)應(yīng)用。如技術(shù)陶瓷行業(yè)把陶瓷粉體造成球形微粒以利成型,油田鉆井中使用玻璃微球潤滑鉆桿,涂料、塑料行業(yè)中使用球形填料等等。球形骨料在耐火澆注料和噴射料中將大有用武之地,如有利于消除脹流,提高流動性,改善結(jié)構(gòu)均勻性等,尤其是自流澆注料。自流澆注料適宜于形狀復(fù)雜而難以實(shí)施振動的部位,高的自流性是不言而喻的關(guān)鍵。在使用不規(guī)則骨料的配料方案中,為達(dá)到高流動性,人們不得不多用細(xì)骨料和氧化鋁、氧化硅等超細(xì)粉。如此,不僅增加材料成本,還加大了襯體在高溫下的體積收縮。雖然可在配料中引入膨脹性礦物(如藍(lán)晶石族礦物等)可抵消一定的收縮,但可能對某些澆注料而言,會對高溫使用性能不利。超細(xì)粉難以均勻分散和造成濕混料的過早膠化也是傳統(tǒng)澆注料面臨的問題。為克服之,往往需引入各種價格相對貴的添加劑。它們也增加了材料成本,并可能對工作場所和環(huán)境造成一定污染。而采用球形骨料,則可在少用細(xì)粉和超細(xì)粉的情況下使?jié)沧⒘线_(dá)到良好的自流性,還可減少用水量,有利于獲得高致密度,提高襯體的強(qiáng)度。
球形骨料的粒度級配容易設(shè)計和控制,使用球形骨料有利于獲得高密實(shí)性耐火制品。若用球形骨料制造煉鐵高爐和有色金屬熔煉爐的炮泥,則可減少金屬熔體向炮泥中滲透,便于炮泥塞孔的打開,在炮泥塞孔的打開中減少熱噴槍的使用可延長塞孔的壽命。炮泥密度的提高還可使它堆筑于塞孔的背后,從而保護(hù)塞孔和孔壁耐火材料。采用球形骨料制作炮泥也可能將其用于擴(kuò)大到傳統(tǒng)炮泥不適用的地方,如冰銅被過度加熱或粘土熟料效果不佳之處。球形骨料的易滑動性可增加炮泥的塑性,使之易擠入,從而減少傳統(tǒng)炮泥中為滿足塑性而需的樹脂結(jié)合劑和增塑劑。
采用合適粒度級配的中空或微孔球形骨料可制成既輕質(zhì)隔熱又不甚透氣的耐火襯體。氣密性良好的輕質(zhì)隔熱襯體具有比非氣密性材料更好的隔熱效果,因為前者中的氣孔大多彼此孤立封閉,可減少高溫時的對流傳熱。氣密性隔熱襯體也有更強(qiáng)的抗腐蝕性,因腐蝕性介質(zhì)向內(nèi)部浸入的通道減少。
球形骨料的優(yōu)越性不僅適用于澆注料,也適用于定形制品。球形骨料可首先用于對流動性、輸送性、氣密性、隔熱性等要求高的場合。而后隨著骨料工程、特別是對骨料內(nèi)部和表面的設(shè)計、定制技術(shù)的進(jìn)展,新型骨料將給耐火材料帶來更多元、更優(yōu)越特性,如高溫強(qiáng)度、抗熱震性、柔韌性、抗侵蝕性等。不難預(yù)料,球形骨料將成為新一代耐火骨料而取代傳統(tǒng)骨料,其潛在市場巨大,在包括定形的和不定形的大多數(shù)耐火材料中,骨料所占的比例達(dá)60%以上,而近十年全球耐火材料的平均年用量約在3800萬噸以上。