目前，我國建材行業耐火材料產業圍繞著水泥、玻璃、陶瓷窯爐的需要，已建立起科研、設計、生產、應用等完整體系，并形成了具有相當規模和技術水平的產業結構，使建材行業窯爐配套優質耐火材料實現了自給自足，而且一些耐火材料產品還從全部依賴進口發展到大批量出口。建材行業用耐火材料的升級，不僅大大降低了水泥、玻璃、陶瓷窯爐的生產使用成本，也對新型窯爐技術的推廣和發展，起到了重要的推動作用。
預分解水泥窯用耐火材料產品的技術攻關
上世紀70年代中后期，發達國家就解決了預分解水泥窯各部位耐火材料所存在的技術問題，從而真正顯示出預分解窯窯型的高效、節能優勢。與傳統水泥窯比較，預分解水泥窯的轉速提高了3倍，窯襯所受到的熱應力和機械應力都比傳統窯大很多。預分解水泥窯采用多風道噴煤嘴和篦式冷卻機，提高了二次風溫和火焰溫度，溫度遠高于傳統水泥窯的相應部位。預分解水泥窯在生產過程中，由于原料中含有堿、硫酸鹽和氯化物，在閉路的窯系統內揮發、凝聚、反復循環，這些組分在窯中富集濃度成幾倍甚至幾十倍的增長，與窯內相應部位的耐火材料形成反應，生成的膨脹形礦物造成耐火材料開裂、剝落或形成結皮，影響了水泥窯的正常運行。
上世紀80年代初期，我國引進了國外大型預分解水泥生產技術和裝備。當時，我國的耐火材料生產基礎相當薄弱，預分解窯所需的八大類20多個品種耐火材料在我國均屬空白，只能是全套耐火材料產品依賴進口。雖然預分解水泥窯高效、低能耗、低污染，但不解決配套耐火材料的國產化，必然會影響我國預分解水泥窯的發展速度。1982年，預分解水泥窯用耐火材料的國產化，被列入窯外分解水泥生產技術的攻關項目中，成為國家“六五”科技攻關的子項目。在科技人員的努力下，不久完成了用于預分解窯燒成帶的直接結合鎂鉻磚、用于過渡帶的合成鎂鋁尖晶石磚、用于預熱系統的普通耐堿磚和普通耐堿澆注料、用于絕熱保溫的高強隔熱磚、用于前后窯口的高強耐火澆注料等耐火材料品種。“七五”期間，為了提高耐火材料的技術水平和研發深度，科技人員進一步完善和豐富了耐火材料的配套品種，提高了耐火材料的技術水平和質量，并完成了高強、拱頂型和隔熱型等耐堿磚系列產品的研制。低水泥用量型耐火澆注料，耐堿澆注料和黏土質、硅藻土質高強隔熱磚，電熔再結合鎂鉻磚和尖晶石磚，填補了高溫型硅酸鈣優質隔熱材料的空白，使我國預分解水泥窯用耐火材料配套品種得到逐步完善，縮小了與國外先進水平的差距。“六五”、“七五”的技術攻關，為我國自行解決新型干法水泥窯用耐火材料的研制生產奠定了技術基礎，并初步建立起一整套耐火材料配套體系。以新疆廠為例，由于大量使用了硅酸鈣板代替隔熱磚，與江西廠相比水泥窯的預熱系統熱阻提高了1倍，散熱損失減低了1/3,加上耐火材料質量提高，磚襯減薄，使得全窯耐火材料總用量減少了37%,配套技術已接近國外先進水平。
上世紀90年代至今，隨著“攻關”成果的不斷涌現，耐火材料配套應用技術向著大型化和高壽命的方向發展，并取得了一定的進展。如今的中國水泥窯用耐火材料不僅可以自給自足，而且還大量出口到發達國家。
玻璃、陶瓷窯用熔鑄耐火材料的突破性研發攻關
上世紀80年代，我國平板玻璃行業幾乎全部使用傳統窯爐，生產效率低、能耗高、產品質量差，而國外同期平板玻璃已經普遍采用了浮法玻璃生產新工藝。為了提高玻璃窯池壁、池底材料抗玻璃液的高溫侵蝕能力，國外在上世紀60年代初期就成功研制出熔鑄耐火材料氧化生產工藝技術，使得作為玻璃熔窯關鍵材料的熔鑄鋯剛玉磚的高溫性能大為提高，而我國到上世紀80年代初期還仍然采用工藝比較簡單的還原法工藝。隨后，我國大型浮法玻璃熔窯采用了多項提高熔化效率和降低能耗的技術措施，窯內的高溫物理化學過程不斷強化，窯的規模不斷擴大，耐火材料的使用條件變得愈加嚴峻。為了全面解決浮法玻璃窯用耐火材料的國內自給問題，上世紀80年代中期國家設立了“七五”攻關專題。按照大型浮法玻璃窯各部位耐火材料品種的實際需求，“七五”期間研制了多個品種的耐火制品，例如研制出熔融指數更低、殘余石英更少用于大碹的優質硅磚，熔窯池底用3種不定形耐火材料，采用注漿成型法研制出熔窯火焰空間用致密鋯英石磚，采用一次燒成法研制出池底用燒結鋯剛玉磚，改進配料及成型工藝研制出蓄熱室底層用低氣孔黏土磚和錫槽底用黏土大磚，采用高純原料、高壓成型、高溫燒成“三高”工藝研制出浮法窯箱型蓄熱室格子體用高純鎂磚及直接結合鎂鉻磚，及技術難度很高的熔鑄氧化鋁耐火制品。上世紀80年代末期，進口一塊熔鑄α-β氧化鋁唇磚高達60多萬元人民幣，如此昂貴的價格嚴重制約了熔鑄氧化鋁耐火制品在我國的推廣應用，影響了我國玻璃產品質量的提高。在一無資料、二缺專用設備的情況下，我國科技人員研制出熔鑄α-β和β-氧化鋁磚，打破了國外公司對我國的壟斷。
此外，還配套研制了陶瓷窯用耐火材料，開發出合成堇青石和鈦酸鋁等低膨脹材料，解決了陶瓷窯組合窯具的原料、壓制鋯英石磚、二步煅燒鋯剛玉磚、蜂窩狀硅磚、鎂橄欖石磚、多功能耐火澆注料及陶瓷窯組合窯具等配套產品，完善和深化研究了氧化熔鑄工藝及自動控制技術。
三大行業聯合攻關提升耐火材料裝備水平
建材行業窯用耐火材料的成功研發，緩解了水泥、玻璃、陶瓷窯爐用耐火材料的燃眉之急。但我國耐火材料的總體水平與國外產品相比仍有差距，尤其是在優質原料和加工生產裝備方面，落后的生產裝備已成為進一步提高耐火材料產品質量的最大障礙。“八五”、“九五”科技攻關期間，在優質原料方面，科技人員成功研制出電熔法脫硅制熔鑄耐火材料專用氧化鋯，為熔鑄鋯剛玉磚提高質量、降低成本提供了有利條件。
在生產裝備方面，建材、冶金、輕工三大行業共同聯合攻關，以提高耐火材料產業技術水平，并研制出熔鑄耐火制品冷加工用多功能數控機床、熔鑄材料退火設備等。在耐火材料品種方面，進行了減少環境污染的水泥窯高溫帶用低鉻、無鉻堿性磚的研制和應用，為“十五”期間申報“863”環境友好型無鉻堿性磚做技術準備，為全面提高建材行業用耐火材料的技術水平奠定了基礎。
國家“863”計劃為耐火材料技術升級鋪路
伴隨著我國對環境保護工作的重視和“綠色制造”在眾多領域的應用，耐火材料在使用后帶來的環境污染逐步提到議事日程。以水泥行業為例，目前年需用鎂鉻磚30萬噸，鎂鉻磚在使用中會生成劇毒和致癌的六價鉻，年產生六價鉻的殘磚約12萬噸，向環境年排放六價鉻約360 噸。拆卸下的殘磚可以污染相當自身重量5萬~25萬倍的水，嚴重地破壞了環境，六價鉻威脅著人居健康。近10年來，國內外耐火材料界在尋找鎂鉻磚的替代材料方面作了大量工作，但效果均不十分理想。在國家“863”計劃的支持下，科技人員成功研制出具有良好抗熱震性和掛窯皮性能的新型鎂質復相材料。在此基礎上耐火材料科技人員再接再厲，在“十一五”期間又一次針對水泥行業用不定型耐火材料低壽命的突出問題進行科技攻關，同時再一次得到國家“863”計劃的立項支持。短短數年，我國科技工作者不斷開拓進取，開創了耐火材料科技攻關的嶄新局面。
通過科技攻關，建材行業新型窯爐用耐火材料取得了可喜成果。隨著我國建材行業的快速發展，建材行業整合和耐火材料產業的兼并重組，將成為行業發展的必然趨勢，耐火材料產業的技術進步，對建材行業的產業結構調整起著積極的促進作用。
標簽： 耐火材料
