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高铝砖内衬复合钢管：氧化物耐火材料介绍

特殊耐火材料的熔点在2000℃以上的氧化物很多，但除了高熔点外，还必须具备多种的高温性能和比较成熟的制造工艺，以及成本适合等特点，所以能大量用作特殊耐火材料的有Al2O3、、MgO、ZrO2、 CaO等，地壳藏量少价格昂贵的有La2O3 、CeO 、BeO、 ThO 、U2O3等，后两种是核燃料，只用于特殊需要。
一、氧化铝耐火材料制品
目前生产氧化铝特殊制品的主要原料是工业氧化铝，它是炼铝工业的中间产物，其真密度为3.60g·cm-3，矿物组成为 γ–Al2O3。

工业氧化铝系白色粉状料。一般制品的化学组成见表。

制造特殊纯制品时，应采用Al2O3含量大于99.8%的原料，或由硫酸铝与硫酸氨制取的原料。
工业氧化铝难于烧结。为改善烧结温度，需将原料细粉碎并预烧，加入促进烧结的加入物。
工业氧化铝使用前应在350~600℃预烧，为加速γ-氧化铝向α-氧化铝转变的速度，加入3%的硼酸，以促进其好地转变为α- Al2O3，并可降低预烧温度，缩短保温时间和提高原料纯度（原料中Na2O和H3BO3生成挥发性化合物硼酸钠一并跑掉）。缺点是烧后料变硬，不易细磨。
粉碎细度对坯体的烧结和再结晶起着重要作用。
对泥浆浇注薄壁制品的粒径小于2μm需占85%以上，大粒径不得超过5μm。实心浇注原件制品的粒径小于2μm者占70%左右。用作机压坯料的粒径小于2μm 的需占50%左右。
为了除掉粉碎过程中带入的铁，可用盐酸处理，经多次水洗后分离出白色的α-Al2O3 。再经干燥，打碎制成粉料。
根据制品的用途、性质、形状和尺寸，氧化铝制品可以采用下列方法成型。
（）对于成型坩埚、管子类及其他中空制品应用水浮液在石膏模型内进行浇注成型。成型水分要求在20%~30%之间（PH值为6~7），为提高坯体的强度可在浆料中加入一些干硬物质如尿素、甲醛树脂等。
（2）大型制品可采用压制或气锤打法成型，此时氧化铝坯料年应含有不同粒度的瘠性物料，如烧结刚玉或电熔刚玉。采用这种方法成型需在Al2O3坯料中加入增塑剂，如糊精、工业糖浆、羧甲基纤维素（简称CMC）、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇等。
混合好的坯料须经困料后（不少于48h）方可使用。
（3）对形态复杂尺寸小的制品，可采用热压注或挤压法成型。采用此种方法应在Al2O3中加入%~2%的TiO2可使烧结温度从680~70℃降低到550~600℃。
MgO和MgF2也能促进Al2O3烧结，但对晶体长大有作用。因此 ，当加入MgO和MgF2时，可得到微晶结构，这对制品的机械强度有利。
烧成后的制品需要进行加工和检验。
二、氧化镁耐火材料制品
工业上制取氧化镁主要从菱镁矿(MgCO3)、白云石（MgCO3·CaCO3）、水镁石 [Mg(OH)2]、泻利盐（MgSO4·7H2O）、硫酸镁石（MgSO4·H2O）、和氯化镁（MgCl2·6H2O）中提取。近年来，从海水中提取氧化镁也已达到大规模工业生产规模，这是取之不尽的来源。

为制得高纯氧化镁原料，须将上述原料再进行化学处理。通常将其溶于酸或水中，净化溶液，随后沉淀为镁的氢氧化物或碱式碳酸盐等，后经加热分解可得到纯的氧化镁原料。
把高纯氧化镁再经过电熔可制得无色透明的晶块，也是制造氧化镁制品的原料之一。
纯氧化镁的烧结能力决定于其制取方法、预烧温度、存在的杂质和加入物等。
预制得高纯度和高致密地的氧化镁制品，其原料好是氢氧化镁。在制造工艺中，不论何种来源的氧化镁原料可预先制得氢氧化镁，然后再经预烧以获得易烧结的氧化镁原料。
也有将氧化镁用酒精和矿物油拌和后压块，然后预烧。预烧后磨需要的细度。
无论预烧温度高低，MgO可溶于酸中，因此 ，不能用钢球粉碎和用酸处理，可采用刚玉质球磨衬和刚玉质研体研磨。
氧化镁制品和氧化铝制品的生产工艺相似，但是在工艺过程中要防止水化和控制水化程度。
氧化镁制品按其化学性质是典型碱性耐火材料。由于它是对金属和碱性溶液有较强的 抗侵蚀能力，故可大量用作冶金容器。高纯氧化镁坩埚适于熔化高纯铁及其合金以及镍、铀、钍、锡、铝、铜、钴及其合金等，也可用来盛装熔融的氧化铝和铝盐。用氧化镁制得的热电偶保护管可用于测量超过2000℃度的高温。氧化镁制品还可用作高温炉炉衬。
三、氧化锆耐火材料制品

二氧化锆(ZrO2)可由锆精矿（或工业氧化锆）经过化学处理制得。

ZrO2具有两种变体。在000℃以下是单斜晶系ZrO2（比重是5.68），在000℃时生产较致密的四方晶系的ZrO2（比重是6.0）。

000℃ 单斜ZrO2 ——→ 四方ZrO2

单斜ZrO2 与四方ZrO2之间的转变是可逆的快速转变，在冷却过程中该转化伴生7%的体积膨胀，易使制品产生开裂。为防止这种转变作用，必须加入稳定ZrO2结构接近的（晶系相同、离子半径相近）氧化物，如CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2等可以起稳定ZrO2的作用，能和ZrO2形成立方晶系溶体而使ZrO2稳定下来。通常认为，加入CaO和 MgO作为稳定剂较好，而以CaO，MgO次之。CaO的加入量通常为3%~8%或多一些，将混合物煅烧700℃，可使ZrO2稳定下来。
原料中的杂质含量对ZrO<, SPAN style="FONT-STYLE: normal; FONT-FAMILY: '宋体'; COLOR: rgb(5,5,5); FONT-SIZE: 0.5pt; VERTICAL-ALIGN: sub; FONT-WEIGHT: normal; mso-spacerun: 'yes'">2的稳定和对熔化金属的玷污均有很大的影响，因此欲制出优良性能的ZrO2制品，采用高纯度的原料也是很重要的。
原料的粉碎是将ZrO2原料和稳定剂按一定的配比，在橡胶衬里和金属锆球（或稳定烧结ZrO2制成的球）的球磨机中共同湿粉碎到小于2μm。然后经分离、干燥、打粉制成团块，并在700℃下预烧，使之稳定下来。再将稳定的团块破碎，根据制品要求的性质湿粉碎到要求的细度。用注浆法成型时，须将球磨料用盐酸处理后，加蒸馏水清洗。清洗时加入0.3%（浓度为0%）的阿拉伯树胶，作为颗粒清洗的沉降剂，清洗PH值=6~7，经烘干（水分小于0.5%时），即可配浆浇注。也可用酸性泥浆浇注成型，其PH值=2，含水量为28%~30%，小于5μm的颗粒在90%为适宜。如用压制法成型时，须在制备好的一定颗粒和粉料的配料中加入粘结剂（磷酸、硼酸、糊精、或Zr(OH)2 等）制成坯料。成型后的砖坯经干燥后在700~2000℃下烧成。
在氧化物制品系统中，ZrO2具有许多优良特性，如熔点高（2700℃ ），高温结构强度大，化学稳定性良好，高温蒸气压和分解压均较低，热导率小，因而可以满足高温、高真空冶炼的许多纯金属和合金所需的技术要求。
ZrO2坩埚的高使用温度可达2500℃，能成功地熔炼铂、钯、钌、铯等铂族贵金属及其合金，亦可用来熔炼钾、钠、石英玻璃以及氧化物和盐类等。ZrO2制品可用作高温炉衬。在铸钢工业中，由于它不被钢水所浸润，在连续铸钢过程中已成功地用作铸口砖。ZrO2热电偶保护管可用来测定钢水温度和熔融金属铬的温度，由于加入稳定剂后因金属离子间的价键不同，使固溶体形成空位，提高了高温离子的导电性，因此可作为高温炉（＞2000℃）的发热元件。此外，ZrO2 材料还可用作原子反应堆的反射材料。因此，它在冶金、热工及其它工业的高温技术发展领域中有不容忽视的重要作用。
四、氧化钙耐火材料制品
氧化钙的熔点为2570℃，资源极其丰富，价格比较便宜 ，但难于烧结，在大气中稳定性低，易于水化，是制造CaO制品存在的大问题。

制取纯氧化钙所用的原料是化学纯碳酸钙或氢氧化钙，在略高于其分解温度下灼烧。

在制造氧化钙制品过程中，自制备团块烧成制品直到使用时为止，都必须保存在无水分的介质中。制品中氧化钙的水化速度和其气孔率成正比，为了增强氧化钙制品的稳定性，可加入各种加入物使它们在煅烧过程中在CaO晶体表面上生成易熔性低共熔混合物，形成保护膜。如TiO2,BeO,Fe2O3+MoO3,Fe2O3+Cr2O3+MoO3。
在制造稳定的坩埚和其他制品时，通常加入5%~0%的TiO2，并用糊精或其他结合剂润滑CaO+TiO2，然后压制成团块，在650~700℃进行预烧。在细粉碎（小于0.074mm ）的混合料中加入少量润滑油，在50~70MPa压力下成型，随后在650~700℃烧成。

用压制法制造CaO坩埚时，可加入%蜂蜡的四氧化碳溶液作结合剂。浇注氧化钙坩埚时，须用无水酒精或石蜡与油酸的混合液。

为防止坩埚在贮存中水化，可在其上涂覆一层保护层。
氧化钙是很便宜并易得到的原料，用其制造坩埚及其制品又具有非常良好的抗渣性，因此能用来熔炼高纯度的金属，如铂、铑、铱及铀、钍等。