淺談中國耐火材料的發(fā)展及前景

姬磊

摘要：耐火材料是一種耐火度不低于1580℃，有較好的抗熱沖擊和化學(xué)侵蝕的能力、導(dǎo)熱系數(shù)低和膨脹系數(shù)低的無機(jī)非金屬材料。其廣泛應(yīng)用于水泥、鋼鐵、玻璃等重要的工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中。中國耐火材料的發(fā)展歷史悠久，其當(dāng)代的發(fā)展已經(jīng)是能獨(dú)立研發(fā)各種性能較為優(yōu)越的耐火材料，但依然存在各種缺點(diǎn)和不足。中國耐火材料的發(fā)展總體有著向朝著原料優(yōu)質(zhì)化、向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變、開拓新品種、新工藝、耐火材料綜合消耗等方向發(fā)展的前景。

關(guān)鍵字：中國 耐火材料 發(fā)展前景

耐火材料定義為耐火度不低于1580℃，有較好的抗熱沖擊和化學(xué)侵蝕的能力、導(dǎo)熱系數(shù)低和膨脹系數(shù)低的無機(jī)非金屬材料。其主要是以鋁礬土、硅石、菱鎂礦、白云石等天然礦石為原料經(jīng)加工后制造而成的。其應(yīng)用是用作高溫窯、爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，以及工業(yè)用高溫容器和部件的材料，并能承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。主要是廣泛用于冶金、化工、石油、機(jī)械制造、硅酸鹽、動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域，在冶金工業(yè)中用量最大，占總.產(chǎn)量的50%～60%。耐火材料的發(fā)展在國民工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用中有著舉足輕重的地位。其成產(chǎn)流程大多如圖1-1。

1.簡述耐火材料的分類和性能要求

1.1分類

1.11按組成來分，耐火材料可分為硅質(zhì)制品、硅酸鋁質(zhì)制品、鎂質(zhì)制品、白云石制品、鉻質(zhì)制品、錯(cuò)質(zhì)制品、純氧化制品及非純氧化物制品等。

1.12按工藝方法來劃分，可分為泥漿澆注制品、可塑成形制品、半干壓成形的制品、由粉末非可塑料搗固成形制品、由熔融料澆注的制品、經(jīng)噴吹或拉絲成形的制品及由巖石鋸成的天然制品等。

1.13根據(jù)耐火度來分，可分為普通耐火材料制品，其耐火度為158o℃ ～177o℃﹔高級(jí)耐火材料制品，其耐火度為1770℃～200o℃，特級(jí)耐火材料制品。其耐火度為2000℃℃以上。

1.14根據(jù)耐火材料制品的外形來分，可分為定形耐火材料制品，如燒成磚。電熔磚。耐火隔熱磚以及實(shí)驗(yàn)和工業(yè)用紺巳。器皿等特殊制品﹔不定形耐火材料制品，簡稱散裝料，在使用地點(diǎn)才制成所需要的形狀和進(jìn)行熱處理，如澆注料、搗打料、投射料、耐火泥等﹔耐火纖維，如鋁纖維、硅酸鋁纖維等，使用時(shí)一般經(jīng)過加工成毯、氈、板、繩。組合鍵和纖維塊制品。

1-2基本性能要求

耐火材料的性能表現(xiàn)在諸多方面，其中它的物理性能包括結(jié)構(gòu)性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能、使用性能和作業(yè)性能。結(jié)構(gòu)性能包括氣孔率、體積密度、吸水率、透氣度、氣孔孔徑分布等。熱學(xué)性能包括熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、比熱、熱容、導(dǎo)溫系數(shù)、熱發(fā)射率等。力學(xué)性能包括耐壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、耐磨性、蠕變性、粘結(jié)強(qiáng)度、彈性模量等。使用性能包括耐火度、荷重軟化溫度、重?zé)€變化、抗熱震性、抗渣性、抗酸性、抗堿性、抗水化性、抗Co侵蝕性、導(dǎo)電性、抗氧化性等。作業(yè)性包括稠度、塌落度、流動(dòng)度、可塑性、粘結(jié)性、回彈性、凝結(jié)性、硬化性等。其中耐火度是耐火材料的最主要的性能技術(shù)指標(biāo)，耐火度越高，其質(zhì)量也好。

耐火材料的重要性體現(xiàn)在：影響爐子生產(chǎn)率，影響產(chǎn)品質(zhì)量，影響爐子壽命，以及影響產(chǎn)品成本。

2.中國耐火材料的發(fā)展

2.1中國古代耐火材料的制造和應(yīng)用

中國古代耐火材料制造技藝方面，從許多高溫操作工藝如治鐵、煉鋼、鑄銅、陶瓷、玻璃燈的史實(shí)來推斷，有很好的成就。5000多年以前中國即有陶瓷，2000 多年前即有瓷器。其燒制用的窯爐襯磚和匣缽，均不可缺少耐火材料。明宋應(yīng)星著《天工開物>（1673）一書中冶鑄第八卷載有煉銅的碳素紺蝸含碳30%、以粉狀土混合制成，容量可熔銅十斤（5kg），其他煉金、銀、鐵、錫、等的熔煉爐則以黏土制成。這些都體現(xiàn)著中國古代耐火材料的發(fā)展成就。

2.2中國當(dāng)代耐火材料的發(fā)展

高溫工業(yè)生產(chǎn)都會(huì)涉及到耐火材料間題。如鋼鐵冶煉、玻璃熔制、陶瓷、水泥的燒成，以及耐火材料燒成，都密切與耐火材料有關(guān)。中國建國初期耐火材料工業(yè)很落后，幾乎全是手工作業(yè)。通過選用當(dāng)?shù)卦稀⒏倪M(jìn)工藝、強(qiáng)化操作，是一些關(guān)鍵產(chǎn)品（如黏土磚和硅磚）的質(zhì)量基本達(dá)到了當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。

后來，研究開發(fā)了高鋁磚、鎂鋁磚、焦?fàn)t硅磚、碳磚、碳化硅磚、電熔莫來石磚、耐火混凝土和不燒磚，使用上取得了很好的效果，最突出的科技成就就是從中國資源特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)中國有豐富的菱鎂礦和高鋁礬土淡缺少鉻鐵礦的情況，以鎂鋁磚代替國外傳統(tǒng)使用的鎂鋁磚。又如利用中國豐富的高鋁釩硅土研究開發(fā)了各級(jí)高鋁磚的產(chǎn)品系列，在水泥回轉(zhuǎn)窯、高溫隧道等逐步推廣使用，都取得了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。

3.耐火材料發(fā)展促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步

近三十年來，由于耐火材料的研究不斷的深入，新穎優(yōu)質(zhì)的耐火材料的層出不窮。與耐火材料密切聯(lián)系的工業(yè)產(chǎn)業(yè)得到了足夠的動(dòng)力，使產(chǎn)業(yè)效率不斷提高，從而促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。粗鋼年產(chǎn)量從198o年的3700萬噸增長到2009年的56800萬噸，躍居世界第一位。連鑄鋼的產(chǎn)量的增加也較快。2009年10種有色金屬的產(chǎn)量為2604.88萬噸，同比增長3.99%。2008年的水泥生產(chǎn)產(chǎn)量達(dá)到為14.5億噸，位居第一。現(xiàn)在大型現(xiàn)代化鋼鐵廠和水泥廠所用的耐火材料已有95%以上采用國內(nèi)產(chǎn)品。

4.中國耐火材料存在的不足

中國耐火材料年生產(chǎn)的主要問題是質(zhì)量不夠穩(wěn)定，優(yōu)質(zhì)高效新產(chǎn)品不足，以致使用壽命低，消耗高。中國國內(nèi)的耐火材料產(chǎn)品中，普通制品仍占據(jù)很大比例，優(yōu)質(zhì)長壽節(jié)能產(chǎn)品少。與國際水平相比，其耐火材料生產(chǎn)存在著“高耗低效"的問題。其出現(xiàn)的原因有兩方面：一方面是中國國內(nèi)耐火材料存在著質(zhì)量低、品種少、壽命短的現(xiàn)象，實(shí)際生產(chǎn)中有些最容易損壞的地方，按理應(yīng)該用性能更好的高檔的耐火材料，但由于品種少，不得不都用一樣的材料，結(jié)果導(dǎo)致壽命不同步，浪費(fèi)比較大。另一方面，中國的鋼鐵生產(chǎn)工藝和設(shè)備亦存在著一些特殊情況。就高爐而言，大中小都有，且中小高爐占有很大比例。

5.中國耐火材料的發(fā)展前景

今后耐火材料技術(shù)發(fā)展的主要方向應(yīng)當(dāng)是，根據(jù)中國原料資源特點(diǎn)，全面提高質(zhì)量，終點(diǎn)開發(fā)優(yōu)質(zhì)高效新產(chǎn)品，采用先進(jìn)工藝、技術(shù)革新和更新裝備，以提高使用效果降低使用消耗，適應(yīng)高溫技術(shù)苛刻要求。具體今后的發(fā)展前景如下：

5.1原料優(yōu)質(zhì)化這是發(fā)展優(yōu)質(zhì)耐火材料的基礎(chǔ)。要在選礦、提純、合成工藝、鍛煉技術(shù)等方面做大量的研究。原料純度的提高，燒結(jié)程度改善，成分結(jié)構(gòu)均勻，性能穩(wěn)定，為發(fā)展優(yōu)質(zhì)高純高效制品提供了基礎(chǔ)。天然耐火原料使用比例逐漸此案將，而經(jīng)過選礦與合成的高純度、高密度和質(zhì)量均勻的耐火原料比例不斷提高。另外，在研制耐火材料新品種方面，也，應(yīng)該立足于中國的資源和需要，研究發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高效、高鋁質(zhì)和堿性制品。

5.2向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變以節(jié)能、省力、多品種、高質(zhì)量、低產(chǎn)量、高利潤為特點(diǎn)，加速耐火材料從量到質(zhì)、從勞動(dòng)密集型想技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變，要有數(shù)量型想品種質(zhì)量型轉(zhuǎn)變。

5.3開拓新品種包括有：高溫型耐火制品;低能耗型耐火制品﹔高技術(shù)、高性能耐火制品。

5.4新工藝工藝上嚴(yán)格要求精料、精配、高壓、高溫、復(fù)合技術(shù)、引用超細(xì)粉，通過調(diào)節(jié)控制顯微結(jié)構(gòu)特征，可改進(jìn)、優(yōu)化高溫性能，尤其是理學(xué)性能、抗熱震性能和抗侵性能。

5.5耐火材料綜合消耗它是上述所有技術(shù)進(jìn)步的綜合反映。耐火材料綜合消耗（耐火材料產(chǎn)量與鋼產(chǎn)量的比值）的不斷降低，是耐火材料發(fā)展的重要標(biāo)志。

結(jié)語：作為中國工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)步中不可或缺的生產(chǎn)因素，耐火材料在中國的發(fā)展是有著長久的歷史的，當(dāng)今的發(fā)展已經(jīng)研究開發(fā)了高鋁磚、鎂鋁磚、焦?fàn)t硅磚、碳磚、碳化硅磚、電熔莫來石磚、耐火混凝土和不燒磚等廣泛應(yīng)用在國民工業(yè)生產(chǎn)中的較好的耐火材料。而今后的發(fā)展前景是朝著原料優(yōu)質(zhì)化、向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變、開拓新品種、新工藝、耐火材料綜合消耗等方向發(fā)展，繼續(xù)研發(fā)科學(xué)高效的耐火材料。

參考文獻(xiàn)：

[1]無計(jì)非金屬材料工藝原理[專著]╱姜建華主編.化學(xué)工業(yè)出版社2005