一、耐火材料的定義

耐火材料是耐火度不低于1580℃的材料。一般是指主要出天機(jī)非金屬材料構(gòu)成的材料和制品，耐火度是指材料在高溫作用下達(dá)到特定軟化程度時(shí)的溫度，它標(biāo)志材料抵抗高溫作用的件能。凡是不燃燒或火烷不熔的材料都應(yīng)屬廣義的耐火材料。例如，發(fā)生火災(zāi)時(shí)大約在1000-1200℃高溫下，建筑物的磚、瓦、泥、砂等部燒不壞；這些磚、瓦、土、石……都可以說是耐火物質(zhì)。狹義的耐火材料就石包括上述的耐火物質(zhì)，而指砌筑工業(yè)爐窯的，在高溫下不熔化、不變形的材料。然而能耐多高的溫度才算是耐火材料?必須要釘明確的定義。以前各國(guó)的提法也很不統(tǒng)一。有的提出在1482℃(2700°F)廠使用不軟化不坐形的材料可以稱做耐火材料。有的提出凡是緩慢加熱到1500℃(2732°F)溫度時(shí)出現(xiàn)明顯熔化現(xiàn)象的物質(zhì)都不能作為耐火材料。

耐火度只是耐火材料在高溫下的單一性能，可以作為爐窯在高溫下使用的速本保證。可是有的材料在甲爐使用具有較高的耐火性，而在乙爐使用耐火性能很差，這就是爐內(nèi)條件差異造成的。如果兩個(gè)爐子溫度同樣高，若乙妒內(nèi)含有大量的凹等煙塵，并與耐火材料直接接觸，使用效果就不一樣。因此，對(duì)耐火材料的確切定義還須加上熱的性狀、溫度上升速度、加熱持續(xù)時(shí)間等條件。然而給熱性狀下定義很難。也很難找到絕對(duì)優(yōu)良的耐火材料。就像醫(yī)藥界沒有萬能藥一樣，也沒有絕對(duì)好的耐火材料。因此，必須根據(jù)使用條件選擇相應(yīng)的耐火材料。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)爐窯使用條件多種多樣，而耐火材料按物理化學(xué)性質(zhì)劃分也右近千個(gè)品種，并且還在繼續(xù)發(fā)展。對(duì)耐火材料除了耐火度外提出了其他一些性能指標(biāo)。

(1)能夠承受爐窯荷重和操作過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力，在高溫下不喪失結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不發(fā)生軟化變形和坍塌，通常用荷重軟化溫度指標(biāo)來表示；

(2)高溫下體積穩(wěn)定，不產(chǎn)生過大的殘余膨脹或收縮，不會(huì)使?fàn)t窯砌體出于耐火制品的膨脹而崩裂，或由于收縮過大而出現(xiàn)裂縫，降低爐窯的使用壽命。通常用線膨脹系數(shù)和重?zé)�收縮(或膨脹)指標(biāo)來表示；

(3)耐火材料受爐窯操作條件影響很大，溫度急劇變化和受熱不均，使?fàn)t體損壞。因此，所用的耐火材料用抗熱展性指標(biāo)來表示；

(4)在使用過程中，常受到液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)物質(zhì)的化學(xué)作用，使耐火材料被侵蝕損壞。因此要求耐火材料要有  定的抵抗焙渣侵蝕能力，用抗渣性指標(biāo)來表示；

(5)機(jī)械磨損作用也是一個(gè)重要方面。耐火材料在使用過程中常受到高溫高速流動(dòng)的火焰和煙傘的磨損，液態(tài)金屬相熔渣的沖刷侵蝕以及金屬對(duì)砌體的撞擊磨損等，因此要求耐火材料要有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。通常用耐壓強(qiáng)度和耐磨性指標(biāo)來表示。

對(duì)各種耐火材料要進(jìn)行化學(xué)礦物組成、物理指標(biāo)檢測(cè)。要評(píng)價(jià)耐火材料各種性能，就必須制定合理的標(biāo)淮。用戶根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的耐火材料。

當(dāng)今耐火材料的制造技術(shù)也遠(yuǎn)非昔日可比丁。前蘇聯(lián)根據(jù)耐火材料的化學(xué)萬物組成將它劃歸硅酸鹽系統(tǒng)，兩方國(guó)家把它列為廣義的陶瓷范疇。現(xiàn)在的耐火材料生產(chǎn)技術(shù)，除了沿用傳統(tǒng)的制磚工藝外，幾乎包含丁廣義陶瓷系統(tǒng)的所有專業(yè)技術(shù)。如像生產(chǎn)玻璃那樣的熔鑄耐火材料；像生產(chǎn)波特羊水泥那樣的礬土水泥，純鋁酸鈣水泥等耐火水泥；修建筑混凝土那樣的不定形耐火材料；與傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)方法一樣的特種耐火材料與傳統(tǒng)建筑用紅磚生產(chǎn)力法一樣的硅藻土等輕質(zhì)耐火材料；像搪瓷生產(chǎn)那樣的高溫?zé)o機(jī)涂層。還有與紡織技術(shù)相近的耐火棉、纖維氈、布、紙、繩等制品，甚至還有與機(jī)械制造技術(shù)相同的切、磨、鉆孔等�，F(xiàn)代耐火材料并非都屬于硅酸鹽，已從以硅酸鹽為主演變列氧化物和非氧化物并重，并有向氧化物與非氧化物如碳化物，硼化物，氮化物，硫化物等復(fù)合傾斜的趨向”原料從以天然原料為主演變到天然精選和人工合成并用。而重要用途制品以后兩者為主。丁藝上更嚴(yán)格要求：精料、梢配、高壓、高溫，右的還引用微粉及超微粉。通過調(diào)行控制制品的顯微結(jié)構(gòu)特征米改進(jìn)，優(yōu)化高溫性能，尤其是力學(xué)性能，抗熱震性能和抗侵蝕性能，適用于各種不同的復(fù)雜高溫使用條件。

二、在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用

耐火材料是高溫技術(shù)的基礎(chǔ)材料。沒有耐火材料就沒有辦法接受燃料或發(fā)熱體散發(fā)的大量熱，沒有耐火材料制成的容器也沒有辦法使高溫狀態(tài)的物質(zhì)保持一定時(shí)間。因此．耐火材料不僅要在高溫下不損壞，而且保持熱量盡量不散失，耐火材料應(yīng)該是隔熱的。在另一種情況下要求耐火材料應(yīng)該具冉高的熱導(dǎo)率。在高溫下有的耐火材料為電流導(dǎo)體．而有的是電絕緣器。這樣生產(chǎn)的耐火材料不但要有起本的高溫性能，還要各具不同的特殊性能。使用部門根據(jù)使用條件選擇合適的耐火材料。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，不但對(duì)耐火材料質(zhì)量要求越來越高，對(duì)耐火材料有特殊要求的品種越來越多，形狀越來越復(fù)雜。

鋼鐵工業(yè)是耐火材料的最大用戶。有人說，沒有耐火材料就煉不出鋼，這話說得不錯(cuò)。其用量占全部耐火材料的60％-75％。而鋼鐵用耐火材料的70％-80％用于煉鋼。由于煉鋼工藝的技術(shù)進(jìn)步，耐火材料消耗量下降。煉鋼方法不同，耐火材料消耗也有差別，同時(shí)也反映了耐火材料的品種和質(zhì)量。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼用的耐火材料每1t鋼消耗最低為2-5kg，電爐煉鋼用的耐火材料每1t鋼消耗為8-20kg，平爐煉鋼用的耐火材料每1t鋼消耗為25-30kg；煉鐵用的耐火材料每lt鐵消耗不超過3kg；軋鋼用的耐火材料每1t鋼消耗約為6kg。采用連鑄方法，不用下注磚，節(jié)約大量耐火材料。隨著鋼鐵工業(yè)發(fā)展，平爐被取消，連鑄鋼比例增大，煉鐵高爐大型化．采用高效優(yōu)質(zhì)耐火材料，其耐火材料消耗逐漸廠降。耐火材料約占鋼錠成本的3％左右，不是決定鋼錠成本的主要因素，不道煉鐵和煉鋼爐用耐火材料總有一定壽命，提高耐火材料質(zhì)量，加強(qiáng)管理，降低耐火材料消耗，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益是有好處的。

有色金屬用耐火材料比較少，而且有色金屬本身的價(jià)格也比較高，耐火材料占成本很小一部分，約為0.2％。有色冶金要用質(zhì)量比較高的耐火材料。

建材行仆的水泥工業(yè)、玻璃丁業(yè)、陶瓷工業(yè)也是耐火材料的重要用戶，要想保證爐窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)并提高運(yùn)轉(zhuǎn)周期，正確合理地選擇耐火材料和保證隔熱材料至關(guān)重要。也是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量的有效途徑之一。1973年前，我國(guó)中型水泥窯饒成帶大多采用二等高鋁磚或黏土磚，窯襯平均壽命為80天，20世紀(jì)80年代初，推廣使用普通鎂鉻磚和磷酸鹽結(jié)合磚，致使燒成帶壽命約為200天，比1973年前提高1.5倍，此項(xiàng)1午可增產(chǎn)熟料50萬t，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4萬t以上。

節(jié)約能源對(duì)耐火材料來說非常重要。不但火力發(fā)電廠的鍋爐需要合適的耐火材料，而且各種爐窯要有好的隔熱節(jié)能耐火材料。節(jié)省12煤，不但減少繁重的勞動(dòng)，而且還減少能源損耗。機(jī)械行業(yè)重視耐火材料節(jié)能降耗，我國(guó)“六五”期間機(jī)械行業(yè)改造爐窯2578臺(tái)，總面積26676m²，總計(jì)節(jié)約折合標(biāo)準(zhǔn)煤9.43萬t。1983年俄國(guó)石油化礦工業(yè)用普通硅酸鋁纖維對(duì)設(shè)備施行保溫等節(jié)能措施，便全行業(yè)加熱爐的熱效率由約68％提高到82％以上。

20世紀(jì)80年代以來，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的耐火材料發(fā)展有兩個(gè)明顯特征：(1)開發(fā)優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品，品種更新?lián)Q代較快；(2)耐火材料消耗顯著下降：國(guó)民經(jīng)濟(jì)耐火材料綜合消耗每1t鋼從1980年的25kg降到1990年約15k8(美國(guó)15.5kg，英國(guó)15.3kg，德國(guó)15.2kg，日本11.9kg)，2000年約10kg。在耐火材料品種方面，不定形耐火材料產(chǎn)量明顯增加，美國(guó)1970年不定形耐火材料產(chǎn)量七31％，1986年達(dá)到50％；日本1970年不定形耐火材料產(chǎn)量占16％，1993年達(dá)到53％，2000年達(dá)到60％。牛產(chǎn)不定形耐火材料僅為制品能耗的1／6．施工機(jī)械化．減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提局使用壽命，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

耐火材料在能源動(dòng)力中與隔熱相反的是充分合理地利用耐火材料的傳熱特性，也會(huì)提高熱處理過程的熱效率和設(shè)備的生產(chǎn)效率。例如焦?fàn)t，在加熱溫度和爐墻厚度保持不變的情況下，利用高導(dǎo)熱性硅磚，可使炭化室與燃燒室之間的廂墻溫差減小，可提高加熱速度和縮短結(jié)焦時(shí)間。據(jù)測(cè)算一座寬44cm的炭化室，隔板厚度11cm，所用硅磚的熱導(dǎo)串為1.867w／(m·K)，加熱溫度1349℃，生產(chǎn)率為9.8kg／(m²·h)，當(dāng)熱導(dǎo)率為2.092w／(m·K)時(shí)，其他條件相同的情況下，焦?fàn)t生產(chǎn)率可提高10％；如果熱導(dǎo)率提高到2.904w／(m·K)，則生產(chǎn)率可提高50％；如果熱導(dǎo)率提高到4.063w／(m·K)時(shí)，則生產(chǎn)宰可提高70％。各種工業(yè)妒窯生產(chǎn)過程中排放出大量燃燒廢氣，帶走大量的熱，約占能耗的30％-70％。回收廢熱既節(jié)約燃料，又減輕對(duì)環(huán)境的污染，通過出口安裝熱交換器，利用余熱預(yù)熱爆燒的空氣。熱交換器的節(jié)能效率主要取決于制造熱交換器材料，決定于材料的熱導(dǎo)率，碳化硅的熱導(dǎo)率高為理想材料。電—熱儲(chǔ)能用耐火材料，既要有高的導(dǎo)熱性，還要有高的熱容量，抗熱思性要好，一般用鎂鐵磚。工業(yè)上常用電作為能源，容易控制溫度和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，又不造成環(huán)境污染，其中以電阻發(fā)熱材料，即發(fā)熱體作為電熱轉(zhuǎn)換元件的電阻式加熱方法最為簡(jiǎn)便和應(yīng)用最廣。金屬電阻式發(fā)熱體材料，一般使用鎳鉛絲(Ni-Cr系合金)及鐵鉻鋁系高電阻合金(67Fe·25Cr·5Al·3Co)，使用溫度衣1200℃以下。鎢、鑰和鈾作為高溫特殊金屬發(fā)熱材料，價(jià)格昂貴。因此，廣泛使用非金屬陶瓷發(fā)熱體，分電子導(dǎo)電型發(fā)熱體(SiC、MoSi2、C，LaCrO4)和離子導(dǎo)電型發(fā)熱體(ZrO2，ThO2)。碳化硅是最經(jīng)濟(jì)的發(fā)熱體，使用溫度可達(dá)1600℃，硅化鉬發(fā)熱體使用濕度可達(dá)1800℃；二氧化桔制造的高溫發(fā)熱體，在氧化氣氛中使用溫度在1800℃以上，甚至可加熱到2200C。炭素發(fā)熱體在中性或還原性氣氛命可以達(dá)到3300℃。近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如航天、原子能、火箭、電子等需要合特殊性能的特種耐火材料，因此耐火材料在尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域也占行一定的位置，為耐火材料的發(fā)展開辟了新的途徑�？傊�，耐火材料貫穿各種重要工業(yè)部門，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用。

我國(guó)有豐富的耐火原料資源，是耐火材料生產(chǎn)大國(guó)，不但能滿足我國(guó)超億t鋼鐵少產(chǎn)需要，還大量出口國(guó)外，1995年出口耐火原料444萬t，制品23萬t，創(chuàng)匯6.6億美元，1999年山口耐火原料470萬t，制品35萬t，創(chuàng)匯7億美元�？墒情L(zhǎng)期以來我國(guó)耐火材料生產(chǎn)技術(shù)裝備落后，產(chǎn)品質(zhì)景不高，耐火材料綜合消耗每1t鋼高達(dá)l00kg，高出工業(yè)先進(jìn)國(guó)家5-10倍(我國(guó)最先進(jìn)的是上海寶鋼，每lt鋼消耗耐火材料10kg左右，達(dá)到世界光進(jìn)水平)，這一方面比我國(guó)有些冶金技術(shù)落后，如部分中小型鋼鐵企業(yè)仍采用錠模澆鋼工藝，以及陶瓷窯仍采用傳統(tǒng)的匣缽燒陶瓷，而匣缽又由自己生產(chǎn)低檔致土質(zhì)匣缽，其耗量驚人，約占耐火材料總產(chǎn)量的20％，也有很大的關(guān)系。

我國(guó)改革開放以來，耐火原料產(chǎn)地附近的耐火材料工業(yè)發(fā)展迅速，如山西省陽泉，河南省鞏義、新密，遼寧省海城、大石橋，貴州省青鎮(zhèn)等地，耐火材料工業(yè)成為當(dāng)?shù)刂е�產(chǎn)業(yè)。但有些企業(yè)設(shè)備簡(jiǎn)陋，技術(shù)力量不強(qiáng)，低檔產(chǎn)品重復(fù)生產(chǎn)嚴(yán)重，這也是造成我國(guó)耐火材料消耗高的重要原因。隨著耐火材料工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是加入世界貿(mào)易組織后，必須對(duì)我國(guó)的耐火材料工業(yè)進(jìn)行改革，建設(shè)專業(yè)化生產(chǎn)能力不大而工藝靈活的生產(chǎn)車間，同時(shí)要將分散的工廠和車間聯(lián)合起來組織大的耐火材料專業(yè)集團(tuán)，提高產(chǎn)品檔次，擴(kuò)大品種，適應(yīng)市場(chǎng)需求。