新型耐火材料的研究意義及發(fā)展趨勢

　　近年來鋼鐵生產新工藝和新技術的推廣，以及節(jié)能降耗和環(huán)保方面的要求，都對新型耐火材料提出了更特殊的要求。從今后的發(fā)展趨勢來看，新型的耐火材料將包括高性能的結構型耐火材料和功能型兩大類耐火材料。

　　研究新型耐火材料的意義

　　  與國際先進水平相比，我國鋼鐵工業(yè)生產能耗較高，鋼鐵生產噸鋼能耗比國際水平高出20%～40%，比日本高出320kg標準煤。由此可見，我國鋼鐵工業(yè)能耗高，節(jié)能降耗潛力巨大，所以，抓好節(jié)能降耗工作對提高我國鋼鐵工業(yè)競爭力具有重要意義。

　　  在最近20年間，我國鋼鐵工業(yè)的產量和品種都有很大發(fā)展。為適應這一發(fā)展，我國耐火材料不斷進行品種與裝備的更新?lián)Q代，品種增加了10多個大類共100多個牌號，改變了過去傳統(tǒng)的粘土、高鋁、硅質、鎂質制品為主的四大類品種結構。根據鋼鐵工業(yè)的發(fā)展重點，雖然鋼產量不會有大的增長，但鋼鐵連鑄比及精煉比將繼續(xù)提高，設備繼續(xù)趨向大型化和現(xiàn)代化。鋼鐵工業(yè)發(fā)展的這些特征，促使耐火材料仍繼續(xù)提高產品質量、擴大品種，同時圍繞節(jié)能降耗，生產出一些具有特定功能的耐火材料。

　　  新型耐火材料的發(fā)展趨勢

　　  近年來鋼鐵生產新工藝和新技術的推廣，以及節(jié)能降耗和環(huán)保方面的要求，都對新型耐火材料提出了更特殊的要求。從今后的發(fā)展趨勢來看，新型的耐火材料將包括高性能的結構型耐火材料和功能型兩大類耐火材料。

　　  1.結構型耐火材料

　　  結構型耐火材料的總體發(fā)展趨勢將是高純度化、致密化、精密化、含碳耐火材料的普及化、氧化物和非氧化物材料的復合化和不定形化。特別是不定形耐火材料將在今后一段時期內有較大的應用市場，這是因為它具有生產周期短、節(jié)約能源、整體性好、適應性強、綜合使用效果好等優(yōu)點。不定形耐火材料自身的技術發(fā)展趨勢有以下幾方面。①材質方面：近年來，不定形耐火材料的材質正由中性、酸性氧化物材料向堿性氧化物材料和氧化物與非氧化物復合材料發(fā)展，由低純度向高純度發(fā)展，所用的原料則由以天然耐火原料為主向人工合成耐火原料發(fā)展。②結合方式：近年來，不定形耐火材料的結合方式向著水合結合→化學結合→水合結合+凝聚結合→聚合結合→凝聚結合的方向發(fā)展。③作業(yè)性能：近年來不定形耐火材料的作業(yè)性能向著由難觸變到易觸變再到無觸變(易流動)的方向發(fā)展。從流變學的觀點來說，即從塑—彈性向粘—塑—彈性與粘—塑性的方向發(fā)展。④調合用水量：近年來不定形耐火材料調合用水量正由高水分向低水分及無水分方向發(fā)展。不定形耐火材料取得的最為矚目的新技術突破包括自結合不定形耐火材料、自燒結不定形耐火材料、自流型不定形耐火材料。

　　  以軋鋼加熱爐為例，我國加熱爐用耐火材料先后采用了普通粘土磚和高鋁磚、搗打料和可塑料、普通澆注料和高性能澆注料。近年來，國內有關耐火材料研究和生產單位對加熱爐用耐火材料進行攻關，使加熱爐用耐火材料得到了長足的進步，我國加熱爐用耐火材料的技術水平接近世界先進水平。目前，我國加熱爐用耐火材料正在向一個新時期——智能型快干澆注料和快干自流澆注料時期過渡。

　　  2.功能型耐火材料

　　  功能型耐火材料包括高性能隔熱耐火材料、高輻射率節(jié)能涂料、高導熱和高導電耐火材料、高性能快速蓄熱耐火材料等。

　　  高性能隔熱耐火材料包括耐火纖維制品、超細微孔輕質磚、輕質不定形耐火材料等，這類材料具有很低的熱導率，砌筑爐墻時使用這類材料可以大幅度降低爐體的散熱和蓄熱損失，從而具有顯著的節(jié)能效果。

　　  高輻射率節(jié)能涂料利用其熱輻射波段范圍內的高輻射率(或高吸收率)，在爐膛內側噴涂后，可以有效提高爐膛內火焰和煙氣中輻射能的利用率，從而降低煙氣出爐溫度，減少排煙熱損失。

　　  高導熱耐火材料用于高溫煙氣的熱交換和余熱回收。當燃氣溫度為1300℃左右時，使用熱效率為60%的陶瓷熱交換器，可節(jié)省燃料約48%，而使用金屬熱交換器僅能節(jié)省燃料24%。高導熱率是對陶瓷熱交換器材料的起碼要求，碳化硅材料具有良好的機械性能和很高的導熱率，是目前廣泛使用的陶瓷熱交換器材料。

　　  高導電耐火材料在直流電弧爐中有很廣泛的應用。直流電弧爐的底電極有好幾種形式，其中ABB式底電極是由導電耐火材料構成的，它要求MgO、C材料構成的導電耐火材料電阻率越小越好，雖然電阻高于其他幾種由金屬構成的底電極，但其可靠性好，維修方便，壽命很高。

　　  高溫空氣燃料技術是近年來發(fā)展起來的一種全新的燃燒與極限余熱回收技術，該技術利用蓄熱室將煙氣中的余熱充分回收，并將助燃空氣加熱到800～1000℃以上，而排煙溫度可降至130～150℃。耐火材料蓄熱體是蓄熱室的關鍵材料，它是蓄熱室的換熱介質，它將爐內煙氣的余熱吸收過來儲存，然后用儲存的熱量將空氣或燃料加熱，這樣，不僅提高了空氣和燃料的預熱溫度，降低了廢氣的排放溫度，節(jié)約能源，同時還大幅度減少了CO2和NOx的排放，有益于環(huán)境保護。

　　  鑒于耐火材料蓄熱體的特殊使用條件，要求蓄熱體必須具備良好的蓄熱和放熱能力，同時，在頻繁的廢氣與空氣和燃料的換向作用下，蓄熱體承受劇烈的熱沖擊，所以，蓄熱體還必須具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。目前被廣泛接受的高性能快速蓄熱耐火材料蓄熱體主要有如下3種形式：蜂窩體、蓄熱球和蓄熱管。在材質上，蜂窩體主要有堇青石質和莫來石質，而蓄熱球和蓄熱管主要有高鋁質和莫來石質。