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非金屬材料構成的材料和制品，耐火度是指材料在高溫作用下達到特定軟化程度時的溫度，它標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屬廣義的耐火材料。例如，發(fā)生火災時大約在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。狹義的耐火材料就石包括上述的耐火物質，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)溫度時出現(xiàn)明顯熔化現(xiàn)象的物質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�？墒怯械牟牧显诩谞t使用具有較高的耐火性，而在乙爐使用耐火性能很差，這就是爐內條件差異造成的。如果兩個爐子溫度同樣高，若乙妒內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)時間等條件。然而給熱性狀下定義很難。也很難找到絕對優(yōu)良的耐火材料。就像醫(yī)藥界沒有萬能藥一樣，也沒有絕對好的耐火材料。因此，必須根據(jù)使用條件選擇相應的耐火材料。隨著現(xiàn)代科學技術的發(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性質劃分也右近千個品種，并且還在繼續(xù)發(fā)展。對耐火材料除了耐火度外提出了其他一些性能指標。

(1)能夠承受爐窯荷重和操作過程中所產生的應力，在高溫下不喪失結構強度，不發(fā)生軟化變形和坍塌，通常用荷重軟化溫度指標來表示；

(2)高溫下體積穩(wěn)定，不產生過大的殘余膨脹或收縮，不會使爐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)和重燒收縮(或膨脹)指標來表示；

(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，使爐體損壞。因此，所用的耐火材料用抗熱展性指標來表示；

(4)在使用過程中，常受到液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)物質的化學作用，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，用抗渣性指標來表示；

(5)機械磨損作用也是一個重要方面。耐火材料在使用過程中常受到高溫高速流動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砌體的撞擊磨損等，因此要求耐火材料要有足夠的強度和耐磨性。通常用耐壓強度和耐磨性指標來表示。

對各種耐火材料要進行化學礦物組成、物理指標檢測。要評價耐火材料各種性能，就必須制定合理的標淮。用戶根據(jù)標準選擇合適的耐火材料。

當今耐火材料的制造技術也遠非昔日可比丁。前蘇聯(lián)根據(jù)耐火材料的化學萬物組成將它劃歸硅酸鹽系統(tǒng)，兩方國家把它列為廣義的陶瓷范疇。現(xiàn)在的耐火材料生產技術，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。如像生產玻璃那樣的熔鑄耐火材料；像生產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)陶瓷生產方法一樣的特種耐火材料與傳統(tǒng)建筑用紅磚生產力法一樣的硅藻土等輕質耐火材料；像搪瓷生產那樣的高溫無機涂層。還有與紡織技術相近的耐火棉、纖維氈、布、紙、繩等制品，甚至還有與機械制造技術相同的切、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。通過調行控制制品的顯微結構特征米改進，優(yōu)化高溫性能，尤其是力學性能，抗熱震性能和抗侵蝕性能，適用于各種不同的復雜高溫使用條件。

二、在國民經濟中的作用

耐火材料是高溫技術的基礎材料。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)的物質保持一定時間。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，耐火材料應該是隔熱的。在另一種情況下要求耐火材料應該具冉高的熱導率。在高溫下有的耐火材料為電流導體．而有的是電絕緣器。這樣生產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)技術的發(fā)展，不但對耐火材料質量要求越來越高，對耐火材料有特殊要求的品種越來越多，形狀越來越復雜。

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。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進步，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，同時也反映了耐火材料的品種和質量。氧氣轉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，提高耐火材料質量，加強管理，降低耐火材料消耗，對經濟效益是有好處的。

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轉并提高運轉周期，正確合理地選擇耐火材料和保證隔熱材料至關重要。也是保證產品質量，提高產量的有效途徑之一。1973年前，我國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80年代初，推廣使用普通鎂鉻磚和磷酸鹽結合磚，致使燒成帶壽命約為200天，比1973年前提高1.5倍，此項1午可增產熟料50萬t，節(jié)約標準煤4萬t以上。

節(jié)約能源對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，而且還減少能源損耗。機械行業(yè)重視耐火材料節(jié)能降耗，我國“六五”期間機械行業(yè)改造爐窯2578臺，總面積26676m²，總計節(jié)約折合標準煤9.43萬t。1983年俄國石油化礦工業(yè)用普通硅酸鋁纖維對設備施行保溫等節(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80年代以來，世界上工業(yè)發(fā)達國家的耐火材料發(fā)展有兩個明顯特征：(1)開發(fā)優(yōu)質新產品，品種更新?lián)Q代較快；(2)耐火材料消耗顯著下降：國民經濟耐火材料綜合消耗每1t鋼從1980年的25kg降到1990年約15k8(美國15.5kg，英國15.3kg，德國15.2kg，日本11.9kg)，2000年約10kg。在耐火材料品種方面，不定形耐火材料產量明顯增加，美國1970年不定形耐火材料產量七31％，1986年達到50％；日本1970年不定形耐火材料產量占16％，1993年達到53％，2000年達到60％。牛產不定形耐火材料僅為制品能耗的1／6．施工機械化．減少勞動強度，提局使用壽命，顯著提高經濟效益。

耐火材料在能源動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，也會提高熱處理過程的熱效率和設備的生產效率。例如焦爐，在加熱溫度和爐墻厚度保持不變的情況下，利用高導熱性硅磚，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焦時間。據(jù)測算一座寬44cm的炭化室，隔板厚度11cm，所用硅磚的熱導串為1.867w／(m·K)，加熱溫度1349℃，生產率為9.8kg／(m²·h)，當熱導率為2.092w／(m·K)時，其他條件相同的情況下，焦爐生產率可提高10％；如果熱導率提高到2.904w／(m·K)，則生產率可提高50％；如果熱導率提高到4.063w／(m·K)時，則生產宰可提高70％。各種工業(yè)妒窯生產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，又減輕對環(huán)境的污染，通過出口安裝熱交換器，利用余熱預熱爆燒的空氣。熱交換器的節(jié)能效率主要取決于制造熱交換器材料，決定于材料的熱導率，碳化硅的熱導率高為理想材料。電—熱儲能用耐火材料，既要有高的導熱性，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，容易控制溫度和實現(xiàn)自動化，又不造成環(huán)境污染，其中以電阻發(fā)熱材料，即發(fā)熱體作為電熱轉換元件的電阻式加熱方法最為簡便和應用最廣。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，價格昂貴。因此，廣泛使用非金屬陶瓷發(fā)熱體，分電子導電型發(fā)熱體(SiC、MoSi2、C，LaCrO4)和離子導電型發(fā)熱體(ZrO2，ThO2)。碳化硅是最經濟的發(fā)熱體，使用溫度可達1600℃，硅化鉬發(fā)熱體使用濕度可達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到3300℃。近代科學技術的發(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技術領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。總之，耐火材料貫穿各種重要工業(yè)部門，對國民經濟的發(fā)展起著重要作用。

我國有豐富的耐火原料資源，是耐火材料生產大國，不但能滿足我國超億t鋼鐵少產需要，還大量出口國外，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期以來我國耐火材料生產技術裝備落后，產品質景不高，耐火材料綜合消耗每1t鋼高達l00kg，高出工業(yè)先進國家5-10倍(我國最先進的是上海寶鋼，每lt鋼消耗耐火材料10kg左右，達到世界光進水平)，這一方面比我國有些冶金技術落后，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低檔致土質匣缽，其耗量驚人，約占耐火材料總產量的20％，也有很大的關系。

我國改革開放以來，耐火原料產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?shù)刂е�產業(yè)。但有些企業(yè)設備簡陋，技術力量不強，低檔產品重復生產嚴重，這也是造成我國耐火材料消耗高的重要原因。隨著耐火材料工業(yè)的進一步發(fā)展，特別是加入世界貿易組織后，必須對我國的耐火材料工業(yè)進行改革，建設專業(yè)化生產能力不大而工藝靈活的生產車間，同時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，提高產品檔次，擴大品種，適應市場需求。