新型耐火材料的研究意義及發(fā)展趨勢

  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(chǎn)能耗較高，鋼鐵生產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)、鎂質(zhì)制品為主的四大類品種結(jié)構(gòu)。根據(jù)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展重點，雖然鋼產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量、擴大品種，同時圍繞節(jié)能降耗，生產(chǎn)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(chǎn)新工藝和新技術(shù)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(jié)構(gòu)型耐火材料和功能型兩大類耐火材料。

  1.結(jié)構(gòu)型耐火材料

  結(jié)構(gòu)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(nèi)有較大的應用市場，這是因為它具有生產(chǎn)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(shù)發(fā)展趨勢有以下幾方面。①材質(zhì)方面：近年來，不定形耐火材料的材質(zhì)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(jié)合方式：近年來，不定形耐火材料的結(jié)合方式向著水合結(jié)合→化學結(jié)合→水合結(jié)合＋凝聚結(jié)合→聚合結(jié)合→凝聚結(jié)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(diào)合用水量：近年來不定形耐火材料調(diào)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(shù)突破包括自結(jié)合不定形耐火材料、自燒結(jié)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(nèi)有關(guān)耐火材料研究和生產(chǎn)單位對加熱爐用耐火材料進行攻關(guān)，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(shù)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(zhì)磚、輕質(zhì)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(nèi)的高輻射率（或高吸收率），在爐膛內(nèi)側(cè)噴涂后，可以有效提高爐膛內(nèi)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(gòu)成的，它要求MgO、C材料構(gòu)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(gòu)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(shù)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(shù)，該技術(shù)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(guān)鍵材料，它是蓄熱室的換熱介質(zhì)，它將爐內(nèi)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(zhì)上，蜂窩體主要有堇青石質(zhì)和莫來石質(zhì)，而蓄熱球和蓄熱管主要有高鋁質(zhì)和莫來石質(zhì)。