耐火澆注料是由一定級(jí)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(guò)成型和燒成工序而直接使用的一類耐火材料。

近年來(lái)，不定型耐火制品的產(chǎn)量越來(lái)越高，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，由相關(guān)數(shù)據(jù)表明，從2013年開始，耐火澆注料的年產(chǎn)量如下圖所示。

耐火澆注料是不需高溫?zé)?，?jīng)過(guò)施工烘烤后直接使用，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約能源和勞動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(wú)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(dòng)性、體積穩(wěn)定性并促進(jìn)燒結(jié)的作用，最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?cè)?、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(shuō)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(jí)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(guò)程，基本上是工業(yè)氧化鋁粉熔化再結(jié)晶的過(guò)程，不存在還原過(guò)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(jí)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(jí)或一級(jí)鋁礬土而制得的。熔融時(shí)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(jí)耐火材料與耐磨材料的理想材料。

(6)莫來(lái)石。

莫來(lái)石是以3Al?O?·2SiO?為主晶相的耐火原料。天然莫來(lái)石非常少，通常用燒結(jié)法或電熔法等人工合成。莫來(lái)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(lái)石。

鋯剛玉莫來(lái)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(huì)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(lái)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(lái)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(shí)體積變化較小，可直接制磚或作耐火骨料;藍(lán)晶石加熱時(shí)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(guó)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(lái)制作電熔棕剛玉、亞白剛玉。近年來(lái)，我國(guó)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，最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(lái)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(guó)菱鎂礦資源豐富，品質(zhì)高，儲(chǔ)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(jí)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(shí)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(lái)，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(duì)稱性的六方晶系。通常有三種形式：無(wú)定形態(tài)、鱗片石墨和純結(jié)晶體。無(wú)定形石墨(沒(méi)有形態(tài))和人造石墨在澆注料的應(yīng)用中其流動(dòng)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)合相的最重要的水硬性水泥。在耐火澆注料襯體施工時(shí)，必須嚴(yán)格控制水溫和加水量、混練強(qiáng)度和時(shí)間、溫度及升溫速率，其中溫度是最重要的參數(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(lái)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(guò)脫水、改變pH值、加入鹽或可與水混溶的有機(jī)溶劑來(lái)膠結(jié)。干燥時(shí)，通過(guò)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(wú)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。使用與耐火材料最多的鹽是磷酸鋁，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)晶最差的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?在高溫下最后都轉(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(jí)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?cè)谙缕恼轮性僮鲈敿?xì)的介紹。