基本介紹
- 中文名：耐火材料
- 外文名：Refractory
- 性質：耐火度不低於1580℃的材料
- 套用範圍：冶金、化工、石油等工業領域
- 產業書籍：耐火材料行業投資分析報告
- 廣泛套用：冶金工業
作用,歷史背景,分類,結構,通性,複合材料,性能,生產工藝,套用,其它相關,
作用
耐火材料套用於鋼鐵、有色金屬、玻璃、水泥、陶瓷、石化、機械、鍋爐、輕工、電力、軍工等國民經濟的各個領域，是保證上述產業生產運行和技術發展必不可少的基本材料，在高溫工業生產發展中起著不可替代的重要作用。
自2001年以來，在鋼鐵、有色、石化、建材等高溫工業高速發展的強力拉動下，耐火材料行業保持著良好的增長態勢，已成為世界耐火材料的生產和出口大國。2011年中國耐火材料產量約占全球的65%，產銷量穩居世界耐火材料第一。
2001-2010年耐火原料及製品產量穩步增長，其中“十五”末約為2001年的2倍;2010年全國耐火製品產量達2808.06萬噸，約為“十五”末的3倍。截止2011年，中國耐火材料行業共有規模以上企業1917家，從業人員超過30多萬人，實現銷售收入3376.79億元，實現產品銷售利潤477.37億元。
但是，由於無序開採、加工技術水平不高，資源綜合利用水平較低，浪費較為嚴重，上述礦產資源、特別是高品位耐火原料資源已越來越少，節約資源、綜合利用資源已是當務之急。
宋楨雨認為，耐火材料行業必須引導原料礦山組織科學開採，對資源進行最佳化綜合利用，特別是不同品位礦藏的均化處理，杜絕濫采亂挖，逐步促進資源的更合理利用，使有限的資源發揮最大限度的作用，實現可持續發展。
耐火材料行業發展與國內礦產資源的保有量休戚相關。鋁礬土、菱鎂礦和石墨是三大耐火原料。而中國是世界三大鋁土礦出口國之一，菱鎂礦儲量世界第一，還是石墨出口大國，豐富的資源支撐著中國耐火材料度過了高速發展的十年。
與此同時，中國耐火材料企業眾多，企業規模、工藝技術、控制技術、裝備水平參差不齊，先進的生產方式與落後的生產方式共存。行業整體清潔生產水平不高，節能減排任務艱巨。
隨著“十二五”期間，中國加快淘汰落後及高能耗產能，行業將重點開發和推廣新型節能爐窯，開發綜合節能技術，開展能源管理，“三廢”的排放控制和“三廢”資源化回收利用等。致力於用後耐火材料資源化和再利用，減少固廢排放，提高資源的綜合利用率，全面推進節能減排。
《耐火材料產業發展政策》指出，中國鋼鐵工業耐火材料單耗約為每噸鋼消耗25公斤左右，到2020年降至15公斤以下。2020年中國耐火材料更長壽、更節能、無污染、功能化的產品有大幅度提高，產品滿足冶金、建材、化工以及新興產業等國民經濟發展需要，提高出口產品的技術含量。
歷史背景
古代、中世紀、文藝復興時代的耐火材料，工業革命前後高爐、焦爐、熱風爐用耐火材料，近代後期新型耐火材料及其製造工藝，現代耐火材料製造技術及主要技術進步，以及對未來耐火材料發展的展望，耐火材料與高溫技術相伴出現，大致起源於青銅器時代中期。中國東漢時期已用粘土質耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀初，耐火材料向高純、高緻密和超高溫製品方向發展，同時出現了完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纖維。現代，隨著原子能技術、空間技術、新能源技術的發展，具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱振、耐
沖刷等綜合優良性能的耐火材料得到了套用。在中國有許多工廠生產耐火材料產品。中國有豐富的資源，也正因為這方面的原因，各大外國投資商也來到國內一展身手，展露頭角。在中國的東北部，是耐火材料供應商極其豐茂的地區，導致其他國外投資商對其的出口低價格產生了質疑，從而在2003年由歐盟提出對中國耐火材料新產品的反傾銷，限制了產品對歐盟的出口。2006年中國為保護原材料資源的大量流失，對部分行業進行了減免出品退稅，以此極大地限制產品的出口。但這並不能在很大程度上限制一些國外的品牌銷售，因為它們擁有幾十甚至上百年的銷售生產經驗，並極大地占有了市場，也創立了它們在各大洲的品牌效應。
耐火材料
1、提高資源綜合利用水平和保障能力。
到2015年，高端耐火材料基本自給，菱鎂礦石資源綜合利用率不低於90%，耐火粘土礦石資源綜合利用率不低於80%。到2020年，兩種礦石資源綜合利用率分別高於95%和90%。
2、加大節能減排力度。
到2015年，主要耗能設備能效水平達到一級，主要產品的綜合能耗比2010年降低20%以上，二氧化硫、氮氧化物排放總量比2010年分別下降8%和10%以上，用後耐火材料回收再利用率不低於50%。到2020年，用後耐火材料回收再利用率高於75%。
3、提高產業集中度。
到2015年，形成2～3家具有國際競爭力的企業，創建若干個新型工業化產業示範基地，前10家企業產業集中度達到25%。到2020年，前10家企業產業集中度提高到45%。
耐火材料的作業性包括稠度、塌落度、流動度、可塑性、粘結性、回彈性、凝結性、硬化性等。
分類
耐火材料圖展
耐火材料品種繁多、用途各異，有必要對耐火材料進行科學分類，以便於科學研究、合理選用和管理。耐火材料的分類方法很多，其中主要有化學屬性分類法、化學礦物組成分類法、生產工藝分類法、材料形態分類法等多種方法。
1、根據耐火度的高低分：
普通耐火材料：1580℃～1770℃
高級耐火材料：1770℃～2000℃
特級耐火材料：＞2000℃
2、依據製品形狀及尺寸的不同分：
標準型：230mm×114mm×65mm；
不多於4個量尺，（尺寸比）Max:Min＜4:1；
異 型：不多於2個凹角，（尺寸比）Max:Min＜6:1；
或有一個50～70°的銳角；
特異型：（尺寸比） Max:Min＜8:1；
或不多於4個凹角；或有一個30～50°的銳角；
特殊製品：坩堝、器皿、管等。
3、按製造方法耐火材料可分為：
燒成製品、不燒成製品、不定形耐火材料
4. 按材料化學屬性分類：
5.按化學礦物質組成進行分類
此種分類法能夠很直接地表征各種耐火材料的基本組成和特性，在生產、使用、科研上是常見的分類法，具有較強的實際套用意義。
矽質（氧化矽質）
矽酸鋁質
剛玉質
鎂質、鎂鈣質、鋁鎂質、鎂矽質
碳複合耐火材料
鋯質耐火材料
特種耐火材料
6. 不定形耐火材料分類 （根據使用方法分類）
澆注料
噴塗料
搗打料
可塑膠
壓住料
投射料
塗抹料
乾式振動料
自流澆注料
耐火泥漿
結構
酸性耐火材料以氧化矽為主要成分，常用的有矽磚和粘土磚。矽磚是含氧化矽94%以上的矽質製品，使用的原料有矽石、廢矽磚等，其抗酸性爐渣侵蝕能力強，荷重軟化溫度高，重複煅燒後體積不收縮，甚至略有膨脹；但其易受鹼性渣的侵蝕，抗熱震性差。矽磚主要用於焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設備。粘土磚以耐火粘土為主要原料，含有30%～46%的氧化鋁，屬弱酸性耐火材料，抗熱振性好，對酸性爐渣有抗蝕性，套用廣泛。
耐火材料
中性耐火材料以氧化鋁、氧化鉻或碳為主要成分。含氧化鋁95%以上的剛玉製品是一種用途較廣的優質耐火材料。以氧化鉻為主要成分的鉻磚對鋼渣的耐蝕性好，但抗熱震性較差，高溫荷重變形溫度較低。碳質耐火材料有碳磚、石墨製品和碳化矽質製品，其熱膨脹係數很低，導熱性高，耐熱震性能好，高溫強度高，抗酸鹼和鹽的侵蝕，尤其是弱酸鹼具有較好的抵抗能力，不受金屬和熔渣的潤濕，質輕。廣泛用作高溫爐襯材料，也用作石油、化工的高壓釜內襯。
鹼性耐火材料以氧化鎂、氧化鈣為主要成分，常用的是鎂磚。含氧化鎂80%～85%以上的鎂磚，對鹼性渣和鐵渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土磚和矽磚高。主要用於平爐、吹氧轉爐、電爐、有色金屬冶煉設備以及一些高溫設備上。
在特殊場合套用的耐火材料有高溫氧化物材料，如氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯等，難熔化合物材料，如碳化物、氮化物、硼化物、矽化物和硫化物等；高溫複合材料，主要有金屬陶瓷、高溫無機塗層和纖維增強陶瓷等。
經常使用的耐火材料有AZS磚、剛玉磚、直接結合鎂鉻磚、碳化矽磚、氮化矽結合碳化矽磚,氮化物、矽化物、硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化鈣、氧化鉻、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹等耐火材料。
經常使用的隔熱耐火材料有硅藻土製品、石棉製品、絕熱板等。
經常使用的不定形耐火材料有補爐料、搗打料、澆注料、可塑膠、耐火泥、耐火噴補料、耐火投射料、耐火塗料、輕質耐火澆注料、炮泥等。
散狀耐火材料(不定形耐火材料)：不定形耐火材料是由合理級配的粒狀和粉狀料與結合劑共同組成的不經成型和燒成而直接供使用的耐火材料。通常，對構成此種材料的粒狀料稱骨料，對粉狀料稱摻合料，對結合劑稱膠結劑。這類材料無固定的外形，可製成漿狀、泥膏狀和鬆散狀，因而也通稱為散狀耐火材料。用此種耐火材料可構成無接縫的整體構築物，故還稱為整體耐火材料。
不定形耐火材料的基本組成是粒狀和粉狀的耐火物料。依其使用要求，可由各種材質製成。為了使這些耐火物料結合為整體，除極少數特殊情況外，一般皆加入適當品種和數量的結合劑。為改進其可塑性或減少用水量，可加入少量適當增塑減水劑，為滿足其他特殊要求，還可分別加入少量適當其他外加劑。
通性
在普通和特種耐火材料中，常用的品種主要有以下幾種：
酸性
用量較大的有矽磚和粘土磚。矽磚是含93%以上SiO2的矽質製品，使用的原料有矽石、廢矽磚等。矽磚抗酸性爐渣侵蝕能力強，但易受鹼性渣的侵蝕，它的荷重軟化溫度很高，接近其耐火度，重複煅燒後體積不收縮,甚至略有膨脹,但是抗熱震性差。矽磚主要用於焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設備。粘土磚中含30%～46%氧化鋁，它以耐火粘土為主要原料，耐火度1580～1770℃，抗熱震性好，屬於弱酸性耐火材料，對酸性爐渣有抗蝕性，用途廣泛，是生產量最大的一類耐火材料。
耐火材料磨具
中性
高鋁質製品中的主晶相是莫來石和剛玉，剛玉的含量隨著氧化鋁含量的增加而增高，含氧化鋁95%以上的剛玉製品是一種用途較廣的優質耐火材料。鉻磚主要以鉻礦為原料製成的，主晶相是鉻鐵礦。它對鋼渣的耐蝕性好，但抗熱震性差，高溫荷重變形溫度較低。用鉻礦和鎂砂按不同比例製成的鉻鎂磚抗熱震性好，主要用作鹼性平爐頂磚。
碳質製品是另一類中性耐火材料，根據含碳原料的成分和製品的礦物組成，分為碳磚、石墨製品和碳化矽質製品三類。碳磚是用高品位的石油焦為原料，加焦油、瀝青作粘合劑，在1300℃隔絕空氣條件下燒成。石墨製品(除天然石墨外)用碳質材料在電爐中經2500～2800℃石墨化處理製得。碳化矽製品則以碳化矽為原料，加粘土、氧化矽等粘結劑在1350～1400℃燒成。也可以將碳化矽加矽粉在電爐中氮氣氛下製成氮化矽－碳化矽製品。碳質製品的熱膨脹係數很低，導熱性高，耐熱震性能好，高溫強度高。在高溫下長期使用也不軟化，不受任何酸鹼的侵蝕，有良好的抗鹽性能，也不受金屬和熔渣的潤濕，質輕，是優質的耐高溫材料。缺點是在高溫下易氧化，不宜在氧化氣氛中使用。碳質製品廣泛用於高溫爐爐襯（爐底、爐缸、爐身下部等）、熔煉有色金屬爐的襯裡。石墨製品可以做反應槽和石油化工的高壓釜內襯。碳化矽與石墨製品還可以製成熔煉銅同金和輕合金用的坩堝。
耐火材料磨具
鹼性
複合材料
氧化物材料
難熔化合物材料
如碳化物（碳化矽、碳化鈦、碳化鉭等）、氮化物（氮化硼、氮化矽等）、硼化物（硼化鋯、硼化鈦、硼化鉿等）、矽化物(二矽化鉬等)和硫化物(硫化釷、硫化鈰等)。它們的熔點為2000～3887℃，其中最難熔的是碳化物。
高溫複合材料
如金屬陶瓷、高溫無機塗層和纖維增強陶瓷等。
性能
耐火材料的物理性能包括結構性能、熱學性能、力學性能、使用性能和作業性能。
耐火材料的結構性能包括氣孔率、體積密度、吸水率、透氣度、 氣孔孔徑分布等。
耐火材料的熱學性能包括熱導率、熱膨脹係數、比熱、熱容、導溫係數、熱發射率等。
生產工藝
根據製品的緻密程度和外形不同，有燒結法、熔鑄法和熔融噴吹法等。 燒結法是將部分原料預燒成熟料，破碎和篩分，再按一定配比與生料混合，經過成型、乾燥和燒成。原料預燒的目的是將其中的水分、有機雜質、硫酸鹽類分解的氣體燒除，以減少製品的燒成收縮，保證製品外形尺寸的準確性。原料在破碎和研磨後還需要經過篩分，因為坯料由不同粒度的粉料進行級配，可以保證最緊密堆積而獲得緻密的坯體。
為了使各種生料和熟料的成分和顆粒均勻化，要進行混煉，同時加入結合劑，以增強坯料結合強度。如矽酸鋁質坯料加入結合粘土，鎂質坯料加入亞硫酸紙漿廢液，矽質坯料加入石灰乳等。根據坯料含水量的多少，可以採用半乾法成型(約含5%水分)，可塑法成型(約含 15%水分)和注漿法成型（約含40%水分）。然後進行乾燥和燒成。熔鑄法是將原料經過配料混勻和細磨等工序，在高溫熔化，直接澆鑄，經冷卻結晶、退火成為製品。如熔鑄莫來石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們的坯體緻密，機械強度高、高溫結構強度大，抗渣性好，使用範圍不斷在擴大。熔融噴吹法是將配料熔化後，以高壓空氣或過熱蒸汽進行噴吹，使之分散成纖維或空心球的方法。製品主要用作輕質耐火、隔熱材料。此外，還可製成粉狀或粒狀不定形耐火材料，臨用時以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽等結合劑膠結，不經成型和燒結而直接使用。
套用
其它相關
專業介紹
培養目標
本專業培養具備耐火材料科學與工程方面的知識，能在耐火材料結構研究與分析、材料的製備、材料成型、加工及工程施工等領域從事科學研究、技術開發、工藝和設備設計、生產及經營管理等方面工作的高級工程技術人才。
培養要求
本專業學生主要學習耐火材料的生產過程、工藝及設備的基礎理論、組成、結構、性能及生產條件間的關係，具有材料測試、生產過程設計、材料改性及研究開發新產品、新技術和設備及技術管理的能力。
具備的技能
畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：1．掌握耐火材料的工業生產過程和設備、生產工藝的專業基礎知識；2．掌握耐火材料製備的原理及工藝基礎，材料的結構與性能；3．掌握本專業所必需的機械、電子、工程、計算機套用的基本知識技能；4．具有製品的工業生產、質量控制和技術管理的初步能力； 5．具有正確選用材料、設備並進行工藝設計的能力； 6．具有研究改進材料性能、開發新材料、製品、工藝的初步能力。
開設課程
主要課程：物理化學，無機材料性能、測試及研究方法，粉體工程，材料製備原理、熱工過程與設備，無機材料工藝學。
主要實踐教學：包括專業實驗、工程施工實習、生產實習、課程設計、計算機套用與上機實踐、畢業設計。
