浅谈我国耐火材料工业的发展现状与趋势

浅谈我国耐火材料工业的发展现状与趋势

通达耐火技术股份有限公司 刘淑焕

1 我国耐火材料行业的发展现状

我国耐火材料经过多年的发展已基本形成了科研-设计-生产-应用的产业体系，为我国工业的发展起到了重要的作用。但是我国耐火材料产业与国外比较仍有很大差距，主要表现在以下两个方面。 1.1耐火材料企业规模小、装备差

我国耐火材料产业主要是从“六·五”发展起来的，在上世纪八十年代以后随着耐火材料科技攻关所取得的科技成果转化生产，逐渐出现了一批定点生产这些品种的生产企业，在我国改革开放的大形势下，往往一个品种由很多企业同时生产，形成低水平重复的局面。这些企业大多规模小，生产装备落后，原有的科技成果在这些企业中已因陋就简被改头换面，失去了原有的科技特点。加之数量众多且企业无序竞争，竞相压低价格，造成以偷工减料为手段的降低成本，致使本来装备落后、产品质量不稳定的状况更加严重，令人担忧。 1.2科研成果产业化的速度慢

耐火材料是钢铁、水泥、玻璃、有色金属等工业的重要基础材料，高温窑炉的技术进步推动了我国耐火材料在品种、质量方面的发展，通过国家科技攻关和行业的科研项目取得了很多科技成果，很多成果在市场需求的情况下进行了生产转化，但是一些技术含量高、生产难度大、技术附加值相对高的科技成果生产转化的速度较慢，迟迟不能形成大批量生产的能力，不能及时为高温工业的发展服务。

2 我国耐火材料行业的发展趋势

2.1定型耐火材料向不定形耐火材料方向发展

最近20 年，世界耐火材料发展的一个重要特征是不定形耐火材料迅速发展，如发达国家不定形耐火材料的生产比例已由以前的15 %～20 %增至在的50 %～60 %。不定形耐火材料已进入高温领域并且取得良好效果。在以前，不定形耐火材料多数用于使用条件较为温和，一般没有或很少有熔渣或熔剂侵蚀的中低温环境，例如用作加热炉和热处理炉的炉衬(800～1400 ℃) 。现在，不定形耐火材料已广泛用于温度高达1600～1700 ℃，并且(或者) 存在熔渣(或碱) 的化

学侵蚀和冲刷、高温钢水的冲击、急剧的热震等恶劣使用条件的部位，例如钢铁工业的电炉炉顶、高炉出铁沟、钢包和中间包包衬等等，而且使用寿命都有所改进。为扩大在高温领域的使用，研究开发了许多高性能不定形耐火材料。突出的为低水泥(LCC) 、超低水泥(ULCC) 和无水泥(NCC) 浇注料，它们比加入约15 %水泥的传统浇注料具有更好的高温性能，尤其是热机械性能和抗侵蚀性能。开发了许多用于制备优质不定形材料的高性能合成原料，它们包括：1) Al2O3 基原料，如刚玉(电熔、烧结、板状) 、刚玉- 莫来石、锆刚玉莫来石、莫来石和富Al2O3 尖晶石等；2) MgO 基原料，如电熔镁砂、MgO 含量为98 %的高纯烧结镁砂、镁铬合成砂和富MgO 尖晶石等；3) 微粉类原料， 如硅微粉、活性Al2O3 和ρ－Al2O3 等。

进入新世纪，定形与不定形材料的竞争将会继续。在发展中国家，如巴西、印度和中国等，不定形材料会有更好的发展前景。以中国为例，目前不定形材料的生产比例只有15 %左右，预计近年内可能提高到30 %～40 %。

2.2耐火材料材质由高纯氧化物材料向氧化物－非氧化物复合材料方向发展

高纯氧化物制品(如刚玉、刚玉- 莫来石、氧化锆、锆英石和方镁石等) 虽已广泛应用于高温窑炉的重要部位，但是它们存在抗热震性较差、易于产生结构剥落的弱点。近20 年来，具有优良抗热震和抗侵蚀性的碳结合材料迅速崛起，并已占据了炼钢过程的重要部位。然而，它们的弱点是抗氧化性和力学性能较差。综合考虑高温强度、抗热震性、抗侵蚀性和抗氧化性等各项高温使用性能，耐火材料行业泰斗钟香崇曾预言，氧化物- 非氧化物复合材料将会兴起并发展成为新一代的高技术、高性能的优质高效耐火材料，用于高温关键部位。这个预言的依据是从1988 年起我们在北京科技大学进行的关于氧化物- 非氧化物复合材料的制备、结构和高温性能的研究工作。这里的氧化物包括Al2O3 、锆刚玉莫来石(ZCM) 、ZrO2 、锆英石、CaZrO3和MgO ；非氧化物包括SiC、BN、Si3N4 、SiALON、ALON 和ZrB2 。研究结果表明：(1) 与碳结合材料比较，它们具有优越得多的常温和高温强度以及抗氧化性；(2) 与氧化物材料比较，它们具有较好的抗热震性；(3) 它们还具有良好的抗渣性。 2.3传统耐火材料制品向功能型耐火材料发展

耐火材料的另一趋势是向优化工艺与质量的功能耐火材料方向发展。所谓功

能耐火材料， 即能起到类似机械部件作用的功能性耐火材料。目前， 功能化最为突出， 功能性耐火材料最主要的开发和应用领域是连铸用耐火材料。如注入控制用和吹气用滑动水口、长水口、浸入式水口、塞棒和滑板等。在今后20 年里，考虑到对洁净钢需求的不断增加和环境保护意识的不断增强，预计白云石材料将再回到主要位置。在这方面将创新性地开发系列优质白云石新产品，从镁白云石到白云石再到钙白云石和氧化钙制品，这些可以称为含游离CaO 的碱性材料。高性能钢种(洁净钢、低碳钢、高氧钢、不锈钢等) 所需的耐火材料，不仅应当是耐用的，而且最好能够对钢水起一定的净化作用(至少不应当污染钢水) 。在各种耐火氧化物中，只有CaO 能够满足耐用性和净化作用这两个要求。 2.4天然原料向优质合成原料发展

近二十年来，国内外耐火材料工业在采用原料方面的趋势是从主要用天然原料发展到天然原料与合成原料并用，而许多重要用途的高效制品越来越多地使用合成原料。这些新兴的优质合成原料多数是由人工原料合成制备的，价格相当昂贵，如：刚玉莫来石、锆莫来石和铝镁尖晶石等，都是以氧化铝为基料。又如:一些非氧化物(SiALON、ALON、ZrB2 等) 也是以化合料为基料。

利用我们丰富的高铝矾土和菱镁矿为基料，制备优质合成原料(简称天然合成原料) ，如果质量接近于人工合成原料，使用效果与之相当，价格却可大幅度降低，一般有可能降低30 %～50 % ，这样可以得到显著的经济效益。通过“八·五”和“九·五”攻关，在这方面的研究开发有了进展，取得了一些成果，但是有的还未转化为生产力，有的虽已转化，但未达到产业化和商品化。今后应尽快把已有成果转化为生产力并推进其产业化。以高铝矾土和菱镁矿为基料的天然合成原料，发展均质类、改性类、转型类等优质合成原料。

均质类材料是通过均化工艺和适当高温煅烧，从而达到结构、性能和质量的稳定、均匀，如MgO 含量大于97 %的高纯镁砂，是以二步煅烧工艺制备的，即菱镁矿石轻烧后细磨、成球和高温死烧。在辽宁南部已经具备一定的生产能力，并在国内外批量销售。今后要巩固提高，扩大应用。高铝矾土基的均质料，国外仅有美国的含氧化铝50 %～70 %的系列均质矾土熟料(牌号为Mulcoa) ，系C. E. 公司在Georgia 州利用当地和附近的高铝矾土，经过湿法挤压成型，在回转窑高温煅烧制成，其价格相当高，比原块煅烧的熟料高50 %～80 %。此外，英国牌

号为Molochite 的均质料(Al2O3含量为42 %～44 %) 是利用当地高岭土，漂洗、净化后压坯并在隧道窑烧成。改性类材料指通过选矿或电熔减少杂质(减法)，或通过加入适量有益氧化物(加法)，以改善、调整高温性能而制备的优质合成原料。

改性类材料指通过选矿或电熔减少杂质(减法) ，或通过加入适量有益氧化物(加法)，以改善、调整高温性能而制备的优质合成原料。近年来研究开发的镁砂基和矾土基改性合成料的理化性能示于表4。镁砂基的改性料有：①氧化镁含量98 % 以上的高纯镁砂(经过浮选后，细磨、压球并二步煅烧，体积密度为3. 3～3. 4 g·cm- 3)；②合成镁铬砂(轻烧镁砂加入适量铬铁矿，混合细磨后压坯煅烧或电熔制成)；③富铁镁钙砂(镁砂中加入适量的白云石和铁鳞，煅烧制成)。它们都已投产，形成一定的生产规模，工艺上基本成熟，在应用上取得较好的效果，如高纯镁砂用以制备MgO－C 砖在转炉和电炉上使用；合成镁铬砂(烧结和电熔) 用于制备全合成镁铬砖和电熔再结合镁铬砖，用于RH 精炼炉AOD 炉和炼铜炉；富铁镁钙砂用于电炉捣打炉底和快速补炉。今后，应继续巩固提高，推广应用，扩大市场。

转型类材料指由高铝矾土(高岭土或煤矸石)通过高温还原和氮化的工艺处理，使其转化为SiALON和ALON 以及它们与氧化物的复合材料。氧化物与非氧化物复合材料是新世纪国内外耐火材料技术发展的一个重要方向，预计它有可能发展成为新兴的高性能的耐火材料品种系列。综合考虑高温性能(强度、抗热震性、抗侵蚀性和抗氧化性)，它们有很好的发展前景，因为：①与碳结合制品(MgO－C 砖、Al2O3－C 砖等) 比较，它们具有高得多的中高温强度和抗氧化性；②与氧化物制品比较，它们有优越得多的抗热震性和韧性，而高温力学性能相当；③对多种冶炼熔渣具有较好的抗侵蚀性。

近几年，我国耐火材料工业正朝着向产量降低、质量提高、品种增加的趋势发展。自主创新技术不断增加。具体表现为：一方面耐火材料的主要用户如钢铁、水泥、玻璃、有色金属等行业的技术发展对耐火材料提出了更高的质量和品种要求。另一方面，这些行业在激烈的价格竞争中，向耐火材料提出了降低吨产品耐火材料消耗的要求，致使耐火材料企业要以更大的投入加快新的优质产品开发与研究，以适应和满足这些行业的需求。

总之，在多年工业的发展和技术进步的促进下，我国耐火材料工业得到了迅猛发展，耐火材料产量已多年居世界第一，世界范围的耐火材料技术正在向中国转移。中国是耐火材料的产量大国和消耗大国还将持续一段时间，但耐火材料产业整体的技术水平和产品结构等方面与国际先进水平相比差距较大。面对国内高温工业技术的飞速发展和加入WTO 后形成的机遇和挑战，我国耐火材料工业将不断地寻找发展出路，经历科技创新、结构优化、企业重组和品种结构调整，从耐火材料生产和消耗大国向耐火材料技术强国转变。

参考文献：

1、 刘迎利，王志辉等我国耐火材料行业现状及发展趋势. 河南建材，2009，（1）：27 2、 钟香崇，耐火材料工业在新世纪战略发展的思考.钢铁，2003，（38）：72~75 3、 钟香崇，大力发展优质合成耐火原料.耐火材料，2000，34（1）1~6

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