不定形耐火材料主要用于新型干法水泥窯內(nèi)形狀不規(guī)則或窯體發(fā)生變形的部位，如預(yù)熱系統(tǒng)、窯尾、窯頭、噴煤嘴、三次風(fēng)管、冷卻機(jī)及余熱發(fā)電等。不定形耐火材料品種繁多，性能差別顯著，施工、維護(hù)對(duì)使用壽命影響極大。為了提高水泥窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，耐火材料工程師需要熟悉各種不定形耐火材料的性能，掌握在不同條件下選擇、使用這些材料的方法。
不定形耐火材料的關(guān)鍵有三點(diǎn)
其一，結(jié)合方式;
其二，升溫后膠結(jié)物內(nèi)部、膠結(jié)物和被膠結(jié)物之間、被膠結(jié)耐火原料之間錯(cuò)綜復(fù)雜的反應(yīng);
其三，不定形耐火材料與窯料、窯氣、錨固件、窯體之間更加復(fù)雜的物理化學(xué)作用。
結(jié)合是不定形耐火材料的基質(zhì)之間，基質(zhì)和骨料之間產(chǎn)生粘接而具有抵抗外力作用而不破壞的能力。一般情況下，不定形耐火材料的結(jié)合分為水泥結(jié)合、化學(xué)結(jié)合、凝聚結(jié)合三種方式。
狹義上，水泥指鋁酸鈣水泥。水泥結(jié)合是依靠水泥水化產(chǎn)生的結(jié)合。水化是固態(tài)物質(zhì)和水反應(yīng)，形成固態(tài)含水物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。
水泥結(jié)合
水泥結(jié)合包括下述三種類型：
①水泥水化產(chǎn)物之間直接發(fā)生物理化學(xué)作用產(chǎn)生的結(jié)合;
②水化產(chǎn)物和高活性物質(zhì)(如硅溶膠)反應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)合;
③水化產(chǎn)物和硅灰、鍛燒高嶺土微粉、煅燒氧化鋁微粉等具有火山灰活性物質(zhì)的表面發(fā)生物理化學(xué)作用產(chǎn)生的結(jié)合。
化學(xué)結(jié)合
化學(xué)結(jié)合是依靠結(jié)合劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)合。但是，這些化學(xué)反應(yīng)不包括可水化物質(zhì)與水的反應(yīng)，至少不以水化為主，否則，就應(yīng)歸類于水化結(jié)合。一般情況下，常見的化學(xué)結(jié)合有下述三種類型：
①結(jié)合劑和耐火材料反應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)合;
②結(jié)合劑和硬化劑反應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)合;
③以上兩種方式復(fù)合產(chǎn)生的結(jié)合。
例如，水玻璃結(jié)合既可以由結(jié)合劑和耐火材料反應(yīng)產(chǎn)生(水玻璃鎂磚)，也可以由結(jié)合劑和硬化劑反應(yīng)產(chǎn)生(水玻璃+氟硅酸鈉)。磷酸鹽結(jié)合既可以由結(jié)合劑和耐火材料反應(yīng)產(chǎn)生(磷酸鹽磚)，也可以由復(fù)合結(jié)合產(chǎn)生(由磷酸作結(jié)合劑，水泥作促凝劑制作的磷酸鹽結(jié)合不定形耐火材料)。
凝聚結(jié)合
凝聚結(jié)合指由微粉凝聚產(chǎn)生的結(jié)合。凝聚結(jié)合有下述兩個(gè)關(guān)鍵：
①實(shí)現(xiàn)微粉由分散到凝聚的轉(zhuǎn)變，這就需要遲效硬化劑;
②增大固相體積，減少液相體積，減少氣孔率和提高微粉間的粘接力。這樣就或多或少地與水泥結(jié)合有些關(guān)聯(lián)。
廣義上說，水泥是能發(fā)生水化反應(yīng)，進(jìn)而通過直接和間接的物理化學(xué)作用產(chǎn)生結(jié)合或強(qiáng)度的粉狀物質(zhì)。例如，鋁酸鋇Ba0?Al203是一種特種耐火水泥。再如，ρ-AUOs也是一種特種耐火水泥。還有Mg0-Si02-H20結(jié)合被認(rèn)為是凝聚結(jié)合。但是，這種結(jié)合需要利用MgO的水化改變液相的性質(zhì)產(chǎn)生凝結(jié)，利用MgO的水化物和硅灰表面發(fā)生作用產(chǎn)生硬化，還需要MgO和硅灰在升溫過程中發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)形成M2S等物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)合。所以，本質(zhì)上MgO-SiO2-H2O結(jié)合也屬于水泥結(jié)合。
升溫中，不定形耐火材料中發(fā)生一系列十分復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。常見的物理化學(xué)反應(yīng)以超低水泥結(jié)合耐火澆注料為例有下述：
①脫去游離水;
②水化物脫去結(jié)合水;
③水化物的轉(zhuǎn)變;
④脫水水化物和硅灰的反應(yīng);
⑤硅灰和氧化鋁微粉的反應(yīng);
⑥在莫來石的晶核的作用下，從中間相中形成莫來石晶體;
⑦形成發(fā)育良好的莫來石、鈣長(zhǎng)石新生結(jié)合相。
使用中，超低水泥澆注料承受十分復(fù)雜的工作負(fù)荷，逐漸變質(zhì)、損壞，造成的原因有以下幾種：
一是高溫窯氣對(duì)耐火材料的輻射、對(duì)流傳熱;
二是灼熱窯料產(chǎn)生的沖擊、磨損;
三是窯料中CaO等產(chǎn)生的侵蝕;
四是窯氣中K2O等揮發(fā)性組分侵入、凝聚和侵蝕耐火材料;
五是窯溫變化產(chǎn)生的熱震破壞;
六是因溫度、熱膨脹系數(shù)的不同，不定形耐火材料、錨固件和窯體間產(chǎn)生很大應(yīng)力，致使窯襯損壞或錨固件被拔出;
七是錨固件受到氧化、腐蝕破壞，致使襯料垮落。
外人看來，不定形耐火材料似乎簡(jiǎn)單。實(shí)際上，不定形耐火材料是一種高度非均質(zhì)、多層次的復(fù)合材料。制造中，不定形耐火材料微觀結(jié)構(gòu)形成、發(fā)展，產(chǎn)生結(jié)合的原理相當(dāng)復(fù)雜。使用中，不定形耐火材料如何抵抗高溫、侵蝕、熱震、機(jī)械應(yīng)力的破壞而獲得更長(zhǎng)使用壽命的問題更加精深。因此，要選好、用好不定形耐火材料并不容易。首先，要熟悉各種不定形耐火材料的特性;其次，要弄清使用部位的主要損壞機(jī)理;再者，揚(yáng)長(zhǎng)避短地選擇和使用適宜的耐火材料;最后，仔細(xì)觀察使用結(jié)果，深入分析后，找出存在問題和提出解決方案?？傊?，既要精通耐火材料的理論，又要解決實(shí)際問題，特別要解決一些業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期不解的難題，或者要有一些新的發(fā)明，才能在耐火材料學(xué)界具有立足之地。