为钢铁生产高效低耗助力

  钢铁工业是耐火材料的主要市场，在某些国家使用比例高达耐火材料年产量的70%~80%，全世界的钢产量(还有其他商品)都依赖于耐火材料。因此，钢铁工业和耐火材料工业之间一直保持着互相依赖的密切关系。由于钢铁工业工艺和操作不断进步，耐火材料行业也随着需求的变化不断发展壮大。从简单的原料到非常复杂的、高级设计种类的耐火材料，如MgO-C砖(含有无机成分、有机成分和金属成分)、金属陶瓷、出铁口料(含有超过15种成分)、高技术含量的浇注料(如低水泥浇注料、超低水泥浇注料和自流浇注料)等。同时，随着钢铁生产工艺技术、设备的发展，耐火材料也随之向使用寿命、成本效率、停产和维护时间更短、单位生产率更高等方向发展。

    调查数据显示，1950年以来，冶炼每吨钢所消耗的耐火材料量稳步下降，这表明广大耐材企业已经结合炼钢生产需求开发出使用寿命不断延长的耐火材料。例如，一家钢铁企业的鱼雷式铁水罐车的炉衬使用寿命在1984年~2002年，由604炉次延长到3563炉次(延长了490%)，使耐火材料的采购成本和维护费用都大幅降低。

    多品种耐材满足高温行业需求

    直接结合镁铬砖。有国外专家对煅烧到1800~C的低二氧化硅镁铬砖进行研究发现，其显微结构变化很大，增加了铬镁颗粒的直接结合，性能改善明显，特别是高温强度显著加强。最初将这些砖用于平炉的炉顶和炉墙，在许多其他用途中，这些砖的应用也是非常成功的。

    高铝砖中的硅微粉。美国耐材从业者通过控制颗粒粒度，包括耐火材料混合料中的所有材料，即粗颗粒、细颗粒和超细颗粒，使基质最佳化。在这种情况下，通过用燧石和硅微粉(超细粉料)替代黏土，大大改善了高铝砖的性能。该混合料的变化使气孔率从21.1%下降到13.2%，强度从6.4MPa提高到28.3MPa。

    MgO-C耐火材料。MgO-C制品具有较大市场。因此，有必要详细了解其材料(例如，MgO、石墨、碳、金属添加物、结合剂等)与性能(例如，高温强度、抗氧化性、抗炉渣侵蚀性、抗热震性、导热率、弹性模量等)。可以将这些制品视为高度发展且设计复杂的复合材料，能够提供多功能的成分。这种广泛的技术了解能够开发出多种适用于不同用途的炉衬部位的砖种。

    由于碳和石墨易于氧化，故须进行研发以便将MgO-C耐火材料的有害反应减少到最小程度或消除有害反应，使之在空气中或大气中稳定和耐用。

    人们发现，往MgO-C成分中加入一种或多种金属粉(Al、Si、Mg、Al-Mg)能提供强有力的抗氧化功能，还有可使高温强度大幅度提高的矿物化作用。可以认为，MgO-C、其他的含碳组成(ZrO-C、A10-SiC-C等)是开发出的最成功且最重要等级的耐火材料。

    不定形耐火材料(整体料、浇注料等)。上世纪30年代，铝酸钙水泥(CAC)问世，含15%～30%水泥的第1种CAC结合的浇注料于此后得到应用。有报道指出，自从1960年以来较低水泥含量的浇注料(LCC)被研发出，取得了较高的耐火度，性能大幅度提高，使用受限的情况减少。该发展的一个关键方面是浇注料的性能比同等砖的性能好。因此，具有良好性能，节省施工费用和时间，进一步开发出的超低水泥浇注料、不含水泥的浇注料以及含碳且可以采用若干种方法施工的自流浇注料，包括喷射(湿法喷射)以及使用预制异型块，不定形耐火材料的生产和使用一直呈现大幅度增长趋势。1993年，日本不定形耐火材料的产量超过了耐火制品，而且到现在为止不定形耐火材料一直占主导地位，说明了不定形耐火材料在世界范围内的开发与应用的重要性。

    蓝晶石。近年来，蓝晶石碾磨技术实现了一定的发展。蓝晶石经碾磨后大幅度地降低了热膨胀。膨胀量大是蓝晶石的基本性能，但碾磨(产生超细粉料和纳米级颗粒)可使膨胀量大幅度降低。蓝晶石的碾磨还会产生活性游离硅用于原位反应，在较低的温度下形成莫来石。

    纳米结合MgO-C砖。通过设计显微结构可以改变MgO-C砖的基本特性。业界接受的原则是在抗折强度和弹性模量之间存在一种直接(直线的)关系，即强度越高，弹性模量就越高。这就意味着，当弹性模量和抗折强度提高时，通常抗热震性下降。研究表明，可以对基质进行设计来获得具有较高强度的MgO-C耐火材料(和其他种类耐火材料)，这些材料可能具有比预期好的抗热震性。

    此外，在过去的数十年中，人们对于原料的纯度、质量和显微结构的重要性了解一直不断增加。有关人士认为，较高纯度的原料与高温煅烧都是开发直接结合铬镁砖和镁铬砖的关键因素。由于较高纯度原料对有关性能的促进性逐渐得到了认可，较高纯度原料的需求量开始增加。除了天然原料的纯度之外，合成原料的优点变得很明显，特别是当使用条件更为苛刻时，用户对较耐用耐火材料的需求不断增加。

    耐材工业发展还应关注多方面问题

    随着钢铁等高温工业的发展，耐火材料工业将随之不断发展进步。为更好地满足市场需求，耐材行业从业者应不断关注耐火原料和产品的应用。

    骨料的开发。应对耐火材料的骨料给予更多的关注，包括新颖的种类、形状、晶粒大小的控制、晶粒界面的特性、熔融与烧结的比较、表面涂层等。

    此外，还应密切关注粒度分级、基质的最佳化，包括控制从粗颗粒到纳米级的材料。

    生物结构的引进。有国外研究表明，应用部分生物新颖和独特的显微结构可以使耐火材料获得高级性能。例如，鲍鱼壳结构由一薄层蛋白质结合的CaCO3小板组成，该结构具有至少比当前最佳的耐火材料结构大十倍的断裂功。

    耐材的回收利用。耐火材料的回收利用技术大幅度增加，有关原料的利用和成本的问题日益增多，重要的是必须更多地使用回收的耐火材料。因为含有回收材料的耐火材料具有良好的质量，而且应用时会有良好的使用效果