高溫工業的持續快速發展及豐富的耐火原料資源,支撐了我國耐火材料工業多年來的黃金發展期,同時也促進了耐火原料工業自身的發展,表現在產量不斷增加、品種不斷豐富、性能不斷提升、質量不斷改進等方麵。耐火原料堪稱耐火製品的脊梁,與耐火製品相互依賴,互為促進,前者保證了後者特性的實現,後者為前者提供了廣闊的應用空間。鎂碳磚
耐火原料適應性的多元體現目前,耐火材料的應用呈現特性化、功能化、多元化、精細化、高效化和低耗化的特點,耐火原料的發展必須與之相適應。現階段,受經濟下行、需求不振、資源和環保約束力增大等因素的影響,高溫工業及耐火材料行業進入提質增效的發展新階段,對耐火原料的適應性也提出了超越傳統的新要求。現階段,用戶工業的新需求、資源和環保約束力增強,以及耐火材料應用的特性化、綜合化、綠色化、低耗化等發展方向,是導致耐火原料適應性呈多元化的主要因素。
用戶工業的新要求高溫工業新技術、新工藝、新流程對耐火材料的性能和功能提出了新的要求。為此,耐火製品必須有性能和功能的提升或突破。相應地,耐火原料也必須有新特性、新品種方能滿足新需求。
滿足潔淨鋼冶煉的需要
滿足潔淨鋼冶煉的需要。隨著鋼鐵行業調整品種結構及特種鋼的發展,潔淨鋼冶煉技術被普遍采用,對煉鐵、煉鋼用相關輔料和耐火材料減少,以及避免汙染鐵水、鋼水方麵都提出了新的要求。人們在研究和實踐中發現,鋁矽係耐火材料對鋼水會有所汙染,鎂質材料不汙染,而含有遊離氧化鈣的材料則非但不汙染,還具有潔淨鋼水的作用。氧化鈣含量越高,其效果越明顯。為此,有良好抗水化性的燒結和電熔的含遊離氧化鈣的鎂鈣原料受到青睞。
為了減少含碳耐火材料對鋼水的增碳汙染,需要降低碳複合耐火材料的碳含量。為了消除降碳對其抗熱震、抗侵蝕等性能的副作用,需要引入彌散化碳源,促進了適合耐火材料用各種納米碳源如炭黑、納米碳管、石墨烯的研發和生產。
滿足“綠色化”生產的要求
除潔淨鋼的要求外,其他高溫流程中有的也要求耐火材料不汙染其所承載的介質。比如,鑒於Cr6+對人、畜有致癌作用,含鉻耐火材料已被環保部列入限製使用的產品,用低鉻和無鉻新材料取代含鉻材料勢在必行。近年來,我國在開發應用鐵鋁尖晶石替代鎂鉻磚的同時,鎂鋁鐵複合尖晶石的新型原料也被合成出來並在水泥回轉窯上得到成功應用。
為了減少傳統矽酸鋁耐火纖維在生產、加工、使用安裝、用後處理等過程對環境及人體的危害,具有生物可降解的環保型鈣鎂矽係耐火纖維已被開發使用,漸呈流行態勢。
滿足高溫工業節能減排的要求
溫室效應及霧霾天氣增多,社會對高溫工業實現節能減排的呼聲不斷高漲。作為工業爐的襯體材料,采用具有更好節能效果的節能型耐火材料勢在必行。近幾年開發和應用的有利於節能的新原料有:具有微孔結構的輕質莫來石質原料、莫來石質中空球,輕量化微孔燒結氧化鋁,CA6-MA複相輕質骨料,橄欖石輕質料,尖晶石輕質料,納米孔二氧化矽粉體及其聚合體,等等。如采用微孔輕質莫來石質骨料和莫來石質中空球骨料開發的體積密度1.8g/cm3左右的高性能輕質澆注料,就可以取代體積密度2.5g/cm3左右的同用途重質澆注料,用於鎂還原爐工作襯、軋鋼用環形加熱爐工作襯及軋鋼加熱爐水梁立柱水冷管包紮料,並取得了滿意的使用效果,減輕了襯體重量,節能效果明顯。
發展經濟型耐火材料的要求目前,與耐火原料產業鏈相關的耐火材料行業、高溫工業處於低迷期,低價中標成為一些企業的方向標。同時,有的高品位天然礦物原料,如高鋁礬土逐漸枯竭、礦石品位下降且品質波動增大,靠原料提高性能、廉價原料降低成本的技術配置路線逐漸走到盡頭。現狀促使我們必須調整研發方向、技術思路和工藝路線,摒棄傳統的設計思路,緊扣低耗、高效、綠色的時代脈搏,提高資源利用率和優化配置水平,提高產品性價比。受此取向的引導,廉價型、經濟型耐火原料和製品會迎來更多需求。
低消耗是經濟型耐火材料的主要發展方向。原料實現低消耗的主要方向中擴大天然生料、輕燒料、再生料的采用和使用範圍。為保證耐火材料的高溫體積穩定性,天然原料多須在較高溫度下燒結或電熔,使其達到瘠性化,盡可能趨於熱力學平衡態。這會導致能耗高,也會造成一定程度的能力富餘,某種意義上造成隱形資源和能源浪費。可開發和應用比傳統燒結溫度有所降低的非平衡態原料,甚至可直接加入一定量的天然生料,在一定程度上降低耐材的能耗。
研究發現,處於非平衡態的原料在使用過程中繼續發生有益的原位反應,會帶來某些有益的作用。河科大高溫材料研究院和耕生公司的研究結果表明,添加一定量天然生料的澆注料有良好的效果,生料受熱後分解逸出的氣體形成通道,有助於提高抗爆裂性能。在鋁矽澆注料中加入生煤矸石或輕燒煤矸石,受熱後生成原位莫來石,可提高其熱態抗折強度、荷重軟化溫度,改善抗熱震性,同時也有助於實現重質材料的輕量化。
在經過了資源豐富、任意開采、采富棄貧的富裕時期,從業者越來越感受到資源危機帶赤的挑戰。當高品位礦漸趨枯竭,低品位礦日益成為主要原料來源的現狀,人們須重新考量原料和製品指標的科學性、合理性和適應性,優化原料配置,使其更具優良的和有競爭力的性價比。應考慮適當降低某些非熔體衝刷、侵蝕部位所用高鋁質耐材的A12O3含量和體積密度,放寬對某些中低溫部位所用鋁矽質耐材雜質含量的要求。
近幾年用後耐火材料的再生利用以及廢棄耐火材料的利用率穩步增長,再生利用技術水平逐漸提高,再生加工產業慢慢興起,專業化,規模化,係統化,標準化逐步走向成熟,為耐火材料行業提供了一定量價廉物美、高性價比的再生料,,提高了耐火材料資源高效利用、循環利用的水平和層次。這在一定程度上緩解了耐火原料資源緊張的局麵,促進耐火材料工業向低消耗、減量化、經濟型方向發展。除了用後耐火材料的再生利用,應拓展其它工業廢棄物成為耐火材料資源化利用,如將鉻鐵、鈦鐵、鋼鐵廢渣、赤泥、煤矸石等廢棄物用於火材料的原料。
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