1.3 多元化的趨勢
1.3.1 原料材質、形式和特性的多元化
近幾年堿性原料的新品種、多元化方面有新進展。如通過在MgO中添加其他成分,開發的新原料有鎂鐵尖晶石、鎂鋁鐵復合尖晶石、鎂鋁鈦復合尖晶石等;合成鎂橄欖石重質和輕質原料正在開展;稀土改性的MgO-CaO砂、電熔MgO-CaO砂已投放市場;方鎂石一尖晶石二相復合的燒結料和電熔料已投放市場等。開發的含CaO的新原料有六鋁酸鈣、鈣長石、鈦鋁酸鈣、CA6-MA復合原料等。
為滿足不同使用條件、使用溫度的需要,鋁土礦熟料的系列化尚需完善。目前Al2O3含量的劃分尚粗放;體積密度似乎越高越好,缺乏系列化;粒度供應為傳統型的,缺乏多元化。從體積密度來考量,目前不乏重質和輕質原料,但中密度料幾乎處于空白。目前使用重質耐材的部位,有的可使用相對輕量化的材料,或可將目前所用重質材料的體積密度降低0.1~0.5g∙cm-3甚至更多。
為了彌補單一耐火原料某一或某些性能的不足,平衡其綜合性能,多相復合原料逐漸被接納和關注。如在剛玉和莫來石原料基礎上發展的鋯莫來石原料,兼具抗侵蝕性和低膨脹性,其改進型鋯剛玉莫來石料的性能則更優越。電爐底用MgO-CaO-Fe2O3系合成料、鎂鋁鐵尖晶石合成料、MgO-ZrO2-TiO2系合成料、ZrB2-SiC材料及新近出現的A12O3-TiO2-CaO系合成料等多相復合原料都具有相對更好的綜合性能。受梯度功能材料的啟發,近幾年梯度原料的概念被提出并進行制備探索。如:用表面碳酸化法生產防水化的鎂鈣砂;為了兼顧顆粒的高強度和低導熱性,可使其體積密度從表面到內部呈梯度變化;顆粒表面組分與內部組分的差異化設計,可有利于實現界面原位反應形成的正效應。
近幾年"組合原料"逐漸興起。它突破了傳統單一原料的概念。如水泥供應商根據季節、用戶產品系列、特性、施工等要求,將減水劑、緩凝劑、促凝劑、增塑劑等與水泥混合后提供給客戶,提高其使用的方便性、可操作性。有的供應商直接提供鋼包用高檔鋁鎂澆注料的添加料,將各種微粉及減水劑優化配置,組合打包銷售。
人們發現,不少所謂"原位耐火材料"往往表現更優。如原位生成莫來石、尖晶石、碳化硅、氮化硅、塞隆等,對制品的強化和改性作用往往大于加入相應預合成的料。將含有目標組分的原料預先配置于材料中使其在生產、服役過程中生成所需的目標成分和物相,是物美價量、多快好省的方案。
1.3.2原料狀態的多元化
除了傳統的氧化物、單質及非氧化物原料,耐火原料已從傳統的非金屬擴展到金屬材料,原料狀態由固態擴展到液、氣態。如在滑動水口、陶瓷杯產品的配料中普遍將金屬或合金(多為A1、Si)作為重要原料使用,它們在生產和使用過程中與周圍的N2(g)、CO(g)反應原位生成非氧化物,強化材料的高溫性能。此情形下,同時涉及金屬和氣態的原料。再如在澆注料中加入鋼纖維可提高其抗開裂和剝落能力。
1.3.3 原料外形的有利化
除了原料組分和特性變化形成的"新型"原料,還有原料外形變化形成的"新形"原料。如細粉尺寸從普通細度(幾十到上百微米)到微米乃至亞微米、納米級,可大大提升原料的技術附加值;球形和近球形的骨料有助于改善不定形耐材的流變性能;中空骨料有利于隔熱;表面凸凹不平的骨料有利于提高握裹力;短柱狀或管狀骨料有利于改善抗熱震性;纖維狀或柔性料有利于改善強度及抗熱震性。用造粒法直接生產出不同粒徑的球形輕質骨料可以避免輕質塊料破碎時產生一定比例過小顆粒和細粉而不能使用造成的浪費;鈍角和長徑比小的顆粒有利于泥料的壓縮成型等。
原料形態有利化的另一種表現形式是預組合原料或稱服務型原料。原料供應商按客戶要求將一定比例不同粒度的顆粒料混合后供給客戶,用戶直接將該顆粒與細粉混合使用,減少其原料加工、篩分、混合作業工序。
1.3.4 原料標準的豐富化
細化原料牌號及標準。同一牌號的礬土熟料,也可按體積密度形成系列化,應根據使用條件選擇合適體積密度的均質料。但目前尚沒有如礬土均質料、葉蠟石、鎂橄欖石、再生原料、耐材用非石墨碳質原料等標準。隨著礦山開發管理水平的提高,加上礦藏的復雜性、多變性、獨特性,有必要細化有關原料品種,對原料標準的牌號進行系統化、適應性、個性化的補充修訂完善。