耐火材料广泛用在各类高温窑炉里面,品类繁多,应用场景差别很大。不管是研发选材、工厂生产,还是工程施工采购,大家看待耐火材料的角度各不相同,久而久之,行业里形成了好几套成熟的分类体系。下面从不同维度,通俗易懂地聊聊耐火材料常见的划分方式。
一、按照化学矿物组成划分
这是目前行业里认可度高、使用普遍的分类方式。通过矿物组成,能直观看清耐火材料基材特性、内部组织结构,方便判断材料基础性能。主流大致分为八大类别:
- 硅质材料:代表产品是硅砖、石英玻璃,主要成分是二氧化硅,内部矿物以鳞石英、方石英为主;
- 硅酸铝质材料:我们常见的黏土砖、半硅砖、高铝砖都属于这一类,依靠二氧化硅和氧化铝两大组分,莫来石、石英是主要矿物;
- 镁质材料:应用十分广泛,镁铝砖、镁铬砖、镁硅砖、镁钙砖、方镁石砖都归为此类,核心成分是氧化镁,方镁石是最关键的矿物相;
- 白云石质制品:主要成分为氧化钙、氧化镁,典型矿物有方镁石与氧化钙;
- 炭质制品:炭砖、各类石墨制品都属于这一类,主要原料为单质碳;
- 锆质制品:锆英石砖、锆刚玉砖是典型产品,含有氧化锆、二氧化硅、氧化铝等组分;
- 纯氧化物制品:以单一或者多种复合氧化物制作而成,比如氧化铝、氧化锆、氧化钙制品;
- 特殊耐火制品:范围比较广,碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧氮化物以及金属陶瓷等新型耐火材料都包含在内。
二、依据高温化学特性划分
在高温环境下,不同耐火材料和熔渣接触时反应能力不一样,按照酸碱特性,可以分成酸性、中性、碱性三大类。
- 酸性耐火材料 主要依靠二氧化硅、氧化锆这类酸性氧化物作为基材,硅砖是最典型的产品,氧化锆制品也在此列。高铝砖、莫来石砖、锆莫来石砖、锆刚玉砖这类铝硅系、铝硅锆系材料,则属于偏酸性耐火材料。这类材料抵御酸性熔渣侵蚀能力较强,但遇到高温碱性熔渣容易被腐蚀。
- 中性耐火材料 主要分为两大方向,一类是以氧化铝、氧化铬等三价氧化物为主;另一类是碳化硅、氮化硼这类原子键晶体原料。刚玉砖、炭砖、碳化硅制品都属于中性耐火材料。在高温工况下,它不容易和酸性、碱性熔渣发生反应,适配的工况范围更广。
- 碱性耐火材料 以氧化镁、氧化钙等碱性氧化物为核心原料,镁质制品、白云石制品、钙质制品是主流。镁铝系、镁铬系、镁硅系材料属于偏碱性耐火材料,镁铝砖、镁橄榄石砖、镁铬尖晶石砖都属于这一类。它抵抗碱性熔渣侵蚀表现突出,大量应用在冶金相关高温窑炉内衬。
三、按照外形尺寸划分
这套分类更多是针对定型耐火砖,方便工厂生产、仓储管理以及现场施工配套,一共分为五类:
- 标形制品:行业统一标准尺寸的常规耐火砖;
- 普形制品:外形简单,异型程度低的定型砖;
- 异型制品:造型复杂,超出普通砖型范围;
- 特形制品:结构特殊、尺寸定制化程度很高;
- 其他制品:坩埚、耐火器皿、耐火管材等特殊构件。
四、结合下游使用场景划分
工程选材、行业采购经常会用这种分类方式,直接对应不同产业的窑炉需求,主要分为:冶金行业耐火材料、有色金属行业耐火材料、石化行业耐火材料、硅酸盐行业耐火材料(水泥窑、玻璃窑、陶瓷窑)、电力锅炉耐火材料、废弃物焚烧熔融炉耐火材料,以及其他通用高温设备耐火材料。
不同行业窑内温度、气氛、熔渣成分差距很大,直接决定了耐火材料该如何挑选。
五、根据耐火度高低划分
耐火度代表材料抵抗高温软化的能力,按照指标分为三个等级:
- 普通耐火材料:耐火度区间 1580~1770℃;
- 高级耐火材料:耐火度区间 1770~2000℃;
- 特级耐火材料:耐火度高于 2000℃。
这里需要提醒大家:耐火度≠长期安全使用温度,只能作为材料耐高温性能的参考指标,不能直接当作窑炉使用温度标准。
六、按照成型工艺划分
制作成型方式,很大程度上影响耐火材料致密程度与内部结构,一共 7 种成型路线:
- 天然岩石直接加工成型耐火材料;
- 压制成型耐火材料(市面上大部分机制耐火砖都采用该工艺);
- 浇注成型耐火材料,各类不定形浇注料就是典型;
- 可塑成型耐火材料;
- 捣打成型耐火材料,包含机械捣打料与人工捣打料;
- 喷射成型耐火材料;
- 挤出成型耐火材料。
七、按照热处理工艺划分
根据成品生产阶段的高温处理方式,分为四大类:
- 烧成砖:成型之后经过高温煅烧,结构稳定;
- 不烧砖:无需高温煅烧,依靠结合剂常温固化成型;
- 不定形耐火材料:浇注料、捣打料、耐火涂抹料等散料,运到现场直接施工成型;
- 熔融铸制品:原料经高温熔化后浇铸成型,熔铸 AZS 砖就是大家熟知的产品。
以上各类耐火材料分类方式,不存在好坏优劣,只是适用场景各不相同。
做材料研发,一般优先参考化学矿物组成分类;生产车间重点关注成型工艺、热处理方式;设计院、采购人员习惯结合外形尺寸、应用行业选型;进行工况评估时,材料酸碱性、耐火度是重要参考条件。
实际项目选型的时候,很少单一依靠某一套标准,通常结合多种分类综合对比,才能选出适配窑炉工况的耐火材料。
