碳化硅质耐磨耐火可塑料

碳化硅质耐磨耐火可塑料

碳化硅质耐磨耐火可塑料是以碳化硅(SiC)为主要骨料和基质,加入结合剂及适量添加剂制成的不定形耐火材料,通常呈泥团状或可塑状态,施工时通过捣打、抹压或挤压成型。在国标 GB/T 23294-2021 中对应 NMK-4、NMK-5、NMK-6 三个牌号(SiC 分别 ≥40%、≥60%、≥70%)。

  • ◆ 耐火极限高
  • ◆ 高温荷软高
  • ◆ 抗渣侵蚀强
  • ◆ 热震稳定性

产品优势

碳化硅质耐磨耐火可塑料

一、产品描述

碳化硅质耐磨耐火可塑料是以碳化硅(SiC)为主要骨料和基质,加入结合剂及适量添加剂制成的不定形耐火材料,通常呈泥团状或可塑状态,施工时通过捣打、抹压或挤压成型。在国标 GB/T 23294-2021 中对应 NMK-4、NMK-5、NMK-6 三个牌号(SiC 分别 ≥40%、≥60%、≥70%)。
它是耐磨可塑料家族里耐磨与抗热震双高的一支——SiC 莫氏硬度约 9.2,仅次于金刚石和碳化硼;同时导热系数高、热膨胀系数低,是唯一能在"超强冲刷 + 剧烈温度波动"叠加工况下长期服役的可塑料品类。

核心特点

  • 超高耐磨、抗冲刷:SiC 莫氏硬度 9.2,耐固体颗粒高速冲刷磨损能力突出,磨损量可低至 ≤4~5 cm³

  • 导热系数高:1000℃ 时 3~8 W/(m·K),是铝硅质的 3~5 倍——既是优势(快速导热、抗热震)也是短板(散热大,需配保温层)

  • 抗热震性最优:低热膨胀系数,急冷急热不易开裂;NMK-6(SiC 70%)热震可达 40 次,是全牌号最高

  • 热态强度高:1100℃×3h 烧后耐压可达 100~120 MPa,中高温强度不降反升

  • 化学稳定性较好:耐酸性渣侵蚀;还原气氛下 SiC 相对稳定,抗 CO 还原

  • 可塑性好、施工灵活:泥坯状态,可捣打、手工抹压、挤压,无需复杂模板,适合异形部位与局部快速修补

  • 体积稳定性好:1400℃×3h 重烧线变化可控制在 ±0.2~±0.3%

必须正视的两大短板

  1. 高温氧化是主要短板:SiC 在 1000℃ 以上开始缓慢氧化,生成 SiO₂ 和 CO/CO₂,温度越高、氧分压越大,氧化越快。这也是为什么高 SiC 牌号(NMK-6)推荐最高使用温度仍标 1600℃ 但需谨慎评估氧化环境。

  2. 强碱侵蚀:对酸性渣抵抗较好(HF、浓磷酸除外);弱碱环境有一定抵抗性,但强碱(高 Na₂O、K₂O 渣)会侵蚀 SiC 和基质。

  3. 导热高导致散热大:使用时需配合保温层设计。

刚玉-碳化硅复合体系(重要演进方向)

单一 SiC 抗氧化差,单一刚玉抗热震不足。刚玉(Al₂O₃)+ 碳化硅(SiC)复合通过协同解决性能局限:
  • 刚玉骨架提供高温结构稳定性,SiC 颗粒填充间隙增强导热路径

  • SiC 的耐磨特性保护刚玉基质免受颗粒冲刷,刚玉则减缓 SiC 的高温氧化

  • 两者热膨胀系数差异被设计为可控微裂纹,反而提升抗剥落能力

复合设计在温度骤变(冶金炉门频繁开闭)或持续机械摩擦(水泥窑预热器锥体)场景表现尤为突出。

二、理化指标

1. 国标 GB/T 23294-2021 表4——碳化硅质耐磨耐火可塑料(1000℃×3h 基准)

项目
NMK-4
NMK-5
NMK-6
w(SiC) / % ≥
40
60
70
体积密度(110℃×24h)/ g·cm⁻³ ≥
2.40
2.50
2.60
加热永久线变化(1000℃×3h)/ %
−0.4~0
−0.5~0
−0.6~0
常温耐压强度(1000℃×3h 烧后)/ MPa ≥
60
70
80
常温耐磨性(1000℃×3h 烧后)/ cm³ ≤
7.0
6.0
5.0
抗热震性(1000℃ 水冷)/ 次 ≥
30
35
40
可塑性指数 / %
15~55
15~55
15~55
导热系数(1000℃)/ W·(m·K)⁻¹
3~5
5~7
6~8
推荐最高使用温度 / ℃
1400
1500
1600
注:推荐最高使用温度是指耐磨耐火可塑料煅烧 5h 后线收缩率不大于 2% 的试验温度。
对比参照(同表铝硅质与锆铬刚玉质):NMK-3(Al₂O₃ 85%)导热 1.6~2.0、热震 25 次;NMK-7(锆铬刚玉)导热 2~3、热震 30 次。碳化硅质以导热换抗热震的路径非常清晰。

2. 行标参照 YB/T 4132-2005(CFB 锅炉用,850℃×3h 基准)

项目
TS-60
TS-70
SiC / % ≥
60
70
体积密度(110℃×24h)/ g·cm⁻³ ≥
2.40
2.60
加热永久线变化(850℃×3h)/ %
−0.5~0
−0.6~0
常温耐压强度(850℃×3h 烧后)/ MPa ≥
60
70
抗热震性(850℃×3h 烧后)/ 次 ≥
35
40
常温磨损量(850℃×3h 烧后)/ cm³ ≤
6.0
5.0
可塑性指数 / %
15~40
15~40

3. 主流企标(SC 系列,1100℃×3h 基准)

项目
SC30
SC50
SiC / % ≥
30
50
体积密度 / g·cm³ ≥
2.5
2.6
显气孔率 / % ≤
18
18
常温耐压(110℃×24h)/ MPa ≥
60
80
常温耐压(1100℃×3h)/ MPa ≥
100
120
加热永久线变化(1400℃×3h)/ %
±0.3
±0.2
耐磨性 / cm³ ≤
6
4

4. 高导抗侵蚀型(HGP-S68,气化炉水冷壁专用)

项目
指标
SiC / % ≥
66
常温抗折(110℃×24h)/ MPa ≥
10
常温抗折(800℃×3h)/ MPa ≥
15
常温抗折(1200℃×3h)/ MPa ≥
15
常温耐压(110℃×24h)/ MPa ≥
60
常温耐压(800℃×3h)/ MPa ≥
65
常温耐压(1200℃×3h)/ MPa ≥
60
体积密度(110℃×24h)/ g·cm³ ≥
2.50
导热系数(800℃)/ W·(m·K)⁻¹ ≥
8.6
导热系数(1100℃)/ W·(m·K)⁻¹ ≥
7.5
以高纯改性碳化硅为主要原材料,添加超微粉及增塑剂配制。碳化硅高纯高导热特性赋予材料耐高温、抗 CO 还原、抗熔渣侵蚀、耐高温磨损的优异性能。实际应用案例:湖北某气化炉项目 4 台水冷壁式水煤浆气化炉,使用两年后产品表面挂渣均匀、无侵蚀损坏。

5. 招标采购实例(垃圾焚烧炉碳化硅耐磨可塑料)

项目
要求
SiC / % ≥
75
Al₂O₃ / % >
14
Fe₂O₃ / % ≤
1.5
最高使用温度 / ℃ >
1650
体积密度 / g·cm³
2.6
高温抗折强度(1000℃)/ MPa ≥
14
导热系数(500℃)/ W·(m·K)⁻¹ >
10
可塑性指标
20~40

6. 刚玉碳化硅复合型(通用参考)

项目
指标
主要成分
SiC ≥50%,Al₂O₃+SiC ≥85%
使用温度
1400~1600℃(短期 1700℃)
体积密度(110℃×24h)
2.6~2.8 g/cm³
耐压强度(110℃×24h)
≥60 MPa
抗折强度(110℃×24h)
≥10 MPa
线变化率(1400℃×3h)
≤±0.5%
耐磨性(ASTM C704)
≤5 cm³

7. 通用检测评判参考

项目
参考值
体积密度
≥2.5 g/cm³
显气孔率
≤18%
常温抗折强度
≥10 MPa
高温(1400℃)抗折强度
≥8 MPa
导热系数(1000℃)
≥15 W/(m·K)(高纯高导型)
线变化率(1400℃×3h)
≤±0.5%
SiC 含量
≥85%(高纯型)
游离硅
≤3%
可塑性指数
150~250 mm(另一表征法)
硬化时间
4~8 h

8. 检测依据

项目
标准
制样
GB/T 7321 / GB/T 4513.5
体积密度、显气孔率
GB/T 2997-2015 / GB/T 4513.6
常温抗折强度
GB/T 3001-2017
常温耐压强度
GB/T 5072-2008 / ASTM C133-97
加热永久线变化
GB/T 5988-2007
常温耐磨性
GB/T 18301 / ASTM C-704
抗热震性
YB/T 376.1-2016 / GB/T 30873
可塑性指数
GB/T 4513.3 / YB/T 5119
导热系数
GB/T 5990、YB/T 4130
SiC 化学分析
GB/T 16555

三、产品应用

1. 电力·循环流化床锅炉(主流场景)

  • 炉膛密相区、卫燃带、靶区

  • 旋风筒、旋风分离器(筒壁、锥体、出口)

  • 炉膛出口、燃烧室、高温烟道

  • 返料器、料腿、回料阀、立管

  • 冷渣机内衬、排渣管

  • 水冷壁"卫燃带"区域防磨涂层:采用碳化硅-高铝复合可塑料(SiC 50% + Al₂O₃ 30%),涂抹厚度 5~10 mm,替代传统防磨瓦,适配水冷壁管排间隙

在 CFB 锅炉旋风筒、炉膛密相区、靶区,使用寿命明显优于普通高铝可塑料。

2. 冶金·钢铁

  • 高炉出铁沟、渣沟局部修复:采用 SiC ≥60% 可塑料,利用高耐磨性和抗渣侵蚀性修复沟体磨损、冲蚀部位,避免整体更换出铁沟衬体,显著降低维护成本

  • 铁水预处理包包壁和冲击区——抵抗铁水与熔渣侵蚀

  • 铁水罐内衬冲刷区

  • 加热炉、均热炉、步进梁炉内衬

  • 烧结机点火炉、保温炉、烟道

  • 热风冲天炉炉身与过桥部位(Al₂O₃-SiC-C 质体系)

3. 有色冶炼

  • 铝电解槽侧壁——利用良好导电性与抗钠侵蚀性能作侧部内衬

  • 熔铝炉炉底、流铝槽

  • 铜冶炼炉、锌挥发窑、铅锌熔炼炉

  • 有色金属熔炼炉炉门、观察孔

4. 水泥·建材

  • 回转窑窑口、窑尾、预热器、分解炉、旋风筒

  • 篦冷机喉部、冷却机、热风管道

  • 三次风管、窑头罩

  • 石灰窑、煤磨

  • 水泥窑预热器锥体(高速含尘气流冲击)

5. 玻璃与陶瓷

  • 玻璃窑炉蓄热室、加料口、流液洞

  • 陶瓷高温辊道窑关键承重及高温区——确保窑具在长期热循环下的尺寸稳定性

  • 陶瓷窑、隧道窑高磨损区

6. 化工·煤化工(高导抗侵蚀型的专属场景)

  • 煤气化炉内件水冷壁部位——高导抗侵蚀碳化硅可塑料的典型应用

  • 气化炉激冷室、喷嘴周边(刚玉-碳化硅质,Al₂O₃ 80% + SiC 15%,耐受 1500~1700℃ 及煤焦油、灰渣侵蚀)

  • 合成气管道——承受高温还原性气氛及熔渣侵蚀

  • 电石炉、反应炉、裂解炉、高温烟道

  • 硫酸焙烧炉内衬

7. 环保·焚烧

  • 垃圾焚烧炉:炉膛水冷壁、炉排周边、燃烧室、炉拱、二次燃烧室

    • 抗碱金属蒸汽侵蚀能力 + 高导热性,有效应对高温腐蚀并促进热量传递

    • 应对含硫氯烟气与熔渣粘附

  • 危废回转窑二燃室、进料段

  • 生物质锅炉进料口、灰斗内衬

  • 垃圾热解气化设备热解炉炉膛内衬(抗渗碳型)

8. 其他

  • 高温耐磨管道、热风炉、加热炉

  • 实验室高温炉、工业电炉炉膛

应用行业

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