由一种金属元素的单一氧化物或几种金属元素的复合氧化物制成。成分主要有:氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铬(Cr2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)等,以及它们之间形成的二元或多元化合物,如SiO2-Al2O3、MgO-Al2O3、MgO-SiO2、MgO-Cr2O3、MgO-CaO、Al2O3-ZrO2-SiO2等。
所用原料主要是天然矿物,通常在使用前需预烧,以除去挥发性物质,或使矿物相稳定,以提高其高温稳定性。预烧温度取决于原料种类和采用的工艺。如用工业氧化铝为原料制备烧结刚玉,通常预烧温度约为1900℃;MgO、CaO化学活性大,需经1800℃以上高温烧成;优质矾土矿烧成温度通常大于1550℃。
氧化物耐火制品具有熔点高、密度大、高温结构强度高、化学稳定性优良等性能,且耐磨损、抗冲刷、抗热震、耐化学腐蚀。氧化物耐火材料与熔融金属接触具有好的稳定性。大多数氧化物耐火材料具有很好的电绝缘性。
常见氧化物耐火制品的典型理化性能如表所示。
项目 | 指标 | |||||||||
SiO2质制品 | SiO2-Al2O3质制品 | 镁质、镁尖晶石质制品 | ||||||||
GZ-94 | GZ-95 | GZ-96 | 半硅砖 | 黏土砖 | 高铝砖 | MgO | MgO- Al2O3 | MgO-CrO2 | MgO-SiO2 | |
0.2MPa荷重软化温度/℃(≥) | 1640 | 1650 | 1660 | 1320 | 1400 | 1500 | 1540 | 1580 | 1530 | 1600 |
显气孔率/%(≤) | 22 | 22 | 22 | 25 | 22 | 18 | 20 | 20 | 22 | 21 |
常温耐压强度/MPa(≥) | 30 | 30 | 30 | 25 | 30 | 45 | 50 | 35 | 35 | 35 |
二氧化硅质耐火制品属于酸性耐火材料,具有较强的抵抗酸性渣或酸性熔液侵蚀能力,但对碱性物质侵蚀的抵抗能力差。硅砖的优异特性是荷重软化温度较高,一般为1640~1680℃,缺点是抗热震性差。硅酸铝质耐火材料是以Al2O3和SiO2为基本化学组成的耐火材料,其中半硅砖、高铝砖和黏土砖是最常见的耐火材料制品,由高铝矾土、黏土、刚玉、莫来石等原料制成。镁和钙属于元素周期表中的碱土元素,以氧化钙和氧化镁为主要化学成分的耐火制品为碱性耐火制品。其中,镁砖高温性能好;镁铬砖耐火度较高,荷重软化温度达1500℃以上,高温体积稳定性好,耐急冷急热性优于镁砖;镁铝砖具有良好的抗渣性、高温性能和热稳定性;镁橄榄石砖是以方镁石为主晶相,镁橄榄石为结合相的耐火制品,具有耐蚀性强、高温性能好等优点。
耐火材料制品中氧化物耐火制品用量最大、应用范围最为广泛。其原料丰富,工艺成熟,广泛应用于钢铁冶金、有色金属冶炼、电力、建材、石化、航天和新能源等领域。其中炼铁系统以SiO2质、Al2O3-SiO2质耐火材料制品为主体;炼钢系统以碱性耐火材料(尤其是MgO-Al2O3和MgO-CaO质耐火材料)制品为主体。