耐火材料的定义及在国民经济中的作用

一、耐火材料的定义

耐火材料是耐火度不低于1580℃的材料。一般是指主要出天机非金属材料构成的材料和制品，耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度，它标志材料抵抗高温作用的件能。凡是不燃烧或火烷不熔的材料都应属广义的耐火材料。例如，发生火灾时大约在1000-1200℃高温下，建筑物的砖、瓦、泥、砂等部烧不坏；这些砖、瓦、土、石……都可以说是耐火物质。狭义的耐火材料就石包括上述的耐火物质，而指砌筑工业炉窑的，在高温下不熔化、不变形的材料。然而能耐多高的温度才算是耐火材料?必须要钉明确的定义。以前各国的提法也很不统一。有的提出在1482℃(2700°F)厂使用不软化不坐形的材料可以称做耐火材料。有的提出凡是缓慢加热到1500℃(2732°F)温度时出现明显熔化现象的物质都不能作为耐火材料。

耐火度只是耐火材料在高温下的单一性能，可以作为炉窑在高温下使用的速本保证。可是有的材料在甲炉使用具有较高的耐火性，而在乙炉使用耐火性能很差，这就是炉内条件差异造成的。如果两个炉子温度同样高，若乙妒内含有大量的凹等烟尘，并与耐火材料直接接触，使用效果就不一样。因此，对耐火材料的确切定义还须加上热的性状、温度上升速度、加热持续时间等条件。然而给热性状下定义很难。也很难找到绝对优良的耐火材料。就像医药界没有万能药一样，也没有绝对好的耐火材料。因此，必须根据使用条件选择相应的耐火材料。随着现代科学技术的发展，工业炉窑使用条件多种多样，而耐火材料按物理化学性质划分也右近千个品种，并且还在继续发展。对耐火材料除了耐火度外提出了其他一些性能指标。

(1)能够承受炉窑荷重和操作过程中所产生的应力，在高温下不丧失结构强度，不发生软化变形和坍塌，通常用荷重软化温度指标来表示；

(2)高温下体积稳定，不产生过大的残余膨胀或收缩，不会使炉窑砌体出于耐火制品的膨胀而崩裂，或由于收缩过大而出现裂缝，降低炉窑的使用寿命。通常用线膨胀系数和重烧收缩(或膨胀)指标来表示；

(3)耐火材料受炉窑操作条件影响很大，温度急剧变化和受热不均，使炉体损坏。因此，所用的耐火材料用抗热展性指标来表示；

(4)在使用过程中，常受到液态、气态或固态物质的化学作用，使耐火材料被侵蚀损坏。因此要求耐火材料要有  定的抵抗焙渣侵蚀能力，用抗渣性指标来表示；

(5)机械磨损作用也是一个重要方面。耐火材料在使用过程中常受到高温高速流动的火焰和烟伞的磨损，液态金属相熔渣的冲刷侵蚀以及金属对砌体的撞击磨损等，因此要求耐火材料要有足够的强度和耐磨性。通常用耐压强度和耐磨性指标来表示。

对各种耐火材料要进行化学矿物组成、物理指标检测。要评价耐火材料各种性能，就必须制定合理的标淮。用户根据标准选择合适的耐火材料。

当今耐火材料的制造技术也远非昔日可比丁。前苏联根据耐火材料的化学万物组成将它划归硅酸盐系统，两方国家把它列为广义的陶瓷范畴。现在的耐火材料生产技术，除了沿用传统的制砖工艺外，几乎包含丁广义陶瓷系统的所有专业技术。如像生产玻璃那样的熔铸耐火材料；像生产波特羊水泥那样的矾土水泥，纯铝酸钙水泥等耐火水泥；修建筑混凝土那样的不定形耐火材料；与传统陶瓷生产方法一样的特种耐火材料与传统建筑用红砖生产力法一样的硅藻土等轻质耐火材料；像搪瓷生产那样的高温无机涂层。还有与纺织技术相近的耐火棉、纤维毡、布、纸、绳等制品，甚至还有与机械制造技术相同的切、磨、钻孔等。现代耐火材料并非都属于硅酸盐，已从以硅酸盐为主演变列氧化物和非氧化物并重，并有向氧化物与非氧化物如碳化物，硼化物，氮化物，硫化物等复合倾斜的趋向”原料从以天然原料为主演变到天然精选和人工合成并用。而重要用途制品以后两者为主。丁艺上更严格要求：精料、梢配、高压、高温，右的还引用微粉及超微粉。通过调行控制制品的显微结构特征米改进，优化高温性能，尤其是力学性能，抗热震性能和抗侵蚀性能，适用于各种不同的复杂高温使用条件。

二、在国民经济中的作用

耐火材料是高温技术的基础材料。没有耐火材料就没有办法接受燃料或发热体散发的大量热，没有耐火材料制成的容器也没有办法使高温状态的物质保持一定时间。因此．耐火材料不仅要在高温下不损坏，而且保持热量尽量不散失，耐火材料应该是隔热的。在另一种情况下要求耐火材料应该具冉高的热导率。在高温下有的耐火材料为电流导体．而有的是电绝缘器。这样生产的耐火材料不但要有起本的高温性能，还要各具不同的特殊性能。使用部门根据使用条件选择合适的耐火材料。随着现代工业技术的发展，不但对耐火材料质量要求越来越高，对耐火材料有特殊要求的品种越来越多，形状越来越复杂。

钢铁工业是耐火材料的最大用户。有人说，没有耐火材料就炼不出钢，这话说得不错。其用量占全部耐火材料的60％-75％。而钢铁用耐火材料的70％-80％用于炼钢。由于炼钢工艺的技术进步，耐火材料消耗量下降。炼钢方法不同，耐火材料消耗也有差别，同时也反映了耐火材料的品种和质量。氧气转炉炼钢用的耐火材料每1t钢消耗最低为2-5kg，电炉炼钢用的耐火材料每1t钢消耗为8-20kg，平炉炼钢用的耐火材料每1t钢消耗为25-30kg；炼铁用的耐火材料每lt铁消耗不超过3kg；轧钢用的耐火材料每1t钢消耗约为6kg。采用连铸方法，不用下注砖，节约大量耐火材料。随着钢铁工业发展，平炉被取消，连铸钢比例增大，炼铁高炉大型化．采用高效优质耐火材料，其耐火材料消耗逐渐厂降。耐火材料约占钢锭成本的3％左右，不是决定钢锭成本的主要因素，不道炼铁和炼钢炉用耐火材料总有一定寿命，提高耐火材料质量，加强管理，降低耐火材料消耗，对经济效益是有好处的。

有色金属用耐火材料比较少，而且有色金属本身的价格也比较高，耐火材料占成本很小一部分，约为0.2％。有色冶金要用质量比较高的耐火材料。

建材行仆的水泥工业、玻璃丁业、陶瓷工业也是耐火材料的重要用户，要想保证炉窑正常运转并提高运转周期，正确合理地选择耐火材料和保证隔热材料至关重要。也是保证产品质量，提高产量的有效途径之一。1973年前，我国中型水泥窑饶成带大多采用二等高铝砖或黏土砖，窑衬平均寿命为80天，20世纪80年代初，推广使用普通镁铬砖和磷酸盐结合砖，致使烧成带寿命约为200天，比1973年前提高1.5倍，此项1午可增产熟料50万t，节约标准煤4万t以上。

节约能源对耐火材料来说非常重要。不但火力发电厂的锅炉需要合适的耐火材料，而且各种炉窑要有好的隔热节能耐火材料。节省12煤，不但减少繁重的劳动，而且还减少能源损耗。机械行业重视耐火材料节能降耗，我国“六五”期间机械行业改造炉窑2578台，总面积26676m²，总计节约折合标准煤9.43万t。1983年俄国石油化矿工业用普通硅酸铝纤维对设备施行保温等节能措施，便全行业加热炉的热效率由约68％提高到82％以上。

20世纪80年代以来，世界上工业发达国家的耐火材料发展有两个明显特征：(1)开发优质新产品，品种更新换代较快；(2)耐火材料消耗显著下降：国民经济耐火材料综合消耗每1t钢从1980年的25kg降到1990年约15k8(美国15.5kg，英国15.3kg，德国15.2kg，日本11.9kg)，2000年约10kg。在耐火材料品种方面，不定形耐火材料产量明显增加，美国1970年不定形耐火材料产量七31％，1986年达到50％；日本1970年不定形耐火材料产量占16％，1993年达到53％，2000年达到60％。牛产不定形耐火材料仅为制品能耗的1／6．施工机械化．减少劳动强度，提局使用寿命，显著提高经济效益。

耐火材料在能源动力中与隔热相反的是充分合理地利用耐火材料的传热特性，也会提高热处理过程的热效率和设备的生产效率。例如焦炉，在加热温度和炉墙厚度保持不变的情况下，利用高导热性硅砖，可使炭化室与燃烧室之间的厢墙温差减小，可提高加热速度和缩短结焦时间。据测算一座宽44cm的炭化室，隔板厚度11cm，所用硅砖的热导串为1.867w／(m·K)，加热温度1349℃，生产率为9.8kg／(m²·h)，当热导率为2.092w／(m·K)时，其他条件相同的情况下，焦炉生产率可提高10％；如果热导率提高到2.904w／(m·K)，则生产率可提高50％；如果热导率提高到4.063w／(m·K)时，则生产宰可提高70％。各种工业妒窑生产过程中排放出大量燃烧废气，带走大量的热，约占能耗的30％-70％。回收废热既节约燃料，又减轻对环境的污染，通过出口安装热交换器，利用余热预热爆烧的空气。热交换器的节能效率主要取决于制造热交换器材料，决定于材料的热导率，碳化硅的热导率高为理想材料。电—热储能用耐火材料，既要有高的导热性，还要有高的热容量，抗热思性要好，一般用镁铁砖。工业上常用电作为能源，容易控制温度和实现自动化，又不造成环境污染，其中以电阻发热材料，即发热体作为电热转换元件的电阻式加热方法最为简便和应用最广。金属电阻式发热体材料，一般使用镍铅丝(Ni-Cr系合金)及铁铬铝系高电阻合金(67Fe·25Cr·5Al·3Co)，使用温度衣1200℃以下。钨、钥和铀作为高温特殊金属发热材料，价格昂贵。因此，广泛使用非金属陶瓷发热体，分电子导电型发热体(SiC、MoSi2、C，LaCrO4)和离子导电型发热体(ZrO2，ThO2)。碳化硅是最经济的发热体，使用温度可达1600℃，硅化钼发热体使用湿度可达1800℃；二氧化桔制造的高温发热体，在氧化气氛中使用温度在1800℃以上，甚至可加热到2200C。炭素发热体在中性或还原性气氛命可以达到3300℃。近代科学技术的发展，如航天、原子能、火箭、电子等需要合特殊性能的特种耐火材料，因此耐火材料在尖端科学技术领域也占行一定的位置，为耐火材料的发展开辟了新的途径。总之，耐火材料贯穿各种重要工业部门，对国民经济的发展起着重要作用。

我国有丰富的耐火原料资源，是耐火材料生产大国，不但能满足我国超亿t钢铁少产需要，还大量出口国外，1995年出口耐火原料444万t，制品23万t，创汇6.6亿美元，1999年山口耐火原料470万t，制品35万t，创汇7亿美元。可是长期以来我国耐火材料生产技术装备落后，产品质景不高，耐火材料综合消耗每1t钢高达l00kg，高出工业先进国家5-10倍(我国最先进的是上海宝钢，每lt钢消耗耐火材料10kg左右，达到世界光进水平)，这一方面比我国有些冶金技术落后，如部分中小型钢铁企业仍采用锭模浇钢工艺，以及陶瓷窑仍采用传统的匣钵烧陶瓷，而匣钵又由自己生产低档致土质匣钵，其耗量惊人，约占耐火材料总产量的20％，也有很大的关系。

我国改革开放以来，耐火原料产地附近的耐火材料工业发展迅速，如山西省阳泉，河南省巩义、新密，辽宁省海城、大石桥，贵州省青镇等地，耐火材料工业成为当地支柱产业。但有些企业设备简陋，技术力量不强，低档产品重复生产严重，这也是造成我国耐火材料消耗高的重要原因。随着耐火材料工业的进一步发展，特别是加入世界贸易组织后，必须对我国的耐火材料工业进行改革，建设专业化生产能力不大而工艺灵活的生产车间，同时要将分散的工厂和车间联合起来组织大的耐火材料专业集团，提高产品档次，扩大品种，适应市场需求。