轻量耐火材料的研究现状与发展趋势

来源期刊：材料导报2018年第15期

论文作者：尹洪峰 党娟灵 辛亚楼 高魁 汤云 袁蝴蝶

文章页码：2618 - 5264

关键词：轻量耐火材料;骨料;浇注料;低导热率;密度梯度;

摘    要：耐火材料作为高温窑炉的内衬,对其节能降耗起着至关重要的作用。陶瓷行业中,使用轻质隔热材料砌筑的窑炉和窑车具有较好的节能效果,且实现了快速烧成。但对于工作衬与金属液、熔渣直接接触或与物料间有侵损反应的窑炉,要求工作衬致密度较高,以保证窑炉具有较好的抗侵蚀性能和长的使用寿命,这导致该类窑炉热容量大、热耗散大,热效率较低。高温窑炉工作衬用耐火材料一般由致密骨料和基质组成（熔铸耐火材料除外）,骨料相对致密,而基质较为疏松。通常侵蚀和损毁首先从基质开始,无论骨料是否损毁都会因变质层热物理性能变化而发生剥落,造成材料整体损毁,故重质骨料适当轻量化应该不会大幅降低耐火材料的强度和抗介质侵蚀性能。轻量耐火材料是指引入具有较高气孔率（尤其是闭气孔率）的骨料代替致密骨料,制备的致密度介于轻质和重质耐火材料之间的一类耐火材料,它的开发旨在不严重影响耐火材料高温使用性能的前提下,通过降低耐火材料的热容量和导热系数达到保温隔热、节能降耗的目的。基于上述原因,轻量骨料对轻量耐火材料的制备工艺过程、显微结构和使用性能具有决定性的影响。本文首先介绍了轻量耐火骨料的制备方法、材料体系和相关性能,包括部分烧结法、造孔剂烧失法、反应物原位分解造孔法、发泡法、引入纳米粒子烧结法、放电等离子体烧结法等。进而给出轻量骨料在耐火浇注料、不烧含碳耐火材料以及烧成定形制品中的应用、相关性能和使用效果。已有研究发现,在制备轻量骨料的过程中,在追求降低其热导率和体积密度的同时,很难获得令人满意的显气孔率和吸水率,该矛盾成为目前轻量耐火材料获得广泛推广和使用的技术瓶颈。文章还介绍了氧化镁碳热还原输运氧化结合反应烧结的方法,其无需制备轻量骨料,即可获得外层致密内部多孔的具有密度梯度的刚玉-尖晶石轻量耐火材料。文末围绕轻量耐火材料从轻量骨料的制备、轻量耐火材料的制备技术、使用效果评价以及标准和规范制订等方面对今后的研究进行了展望。