我國耐火材料的現(xiàn)狀與技術(shù)進步

　　2.2耐火材料顯微結(jié)構(gòu)與球形骨料
　　
　　耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)由骨料、基質(zhì)與氣孔組成。在耐火材料生產(chǎn)中，顆粒組成的設(shè)計是非常重要的，它對于保證顯微結(jié)構(gòu)以及性能的穩(wěn)定性有重要意義。生產(chǎn)中先燒成熟料，再將熟料破碎成不同粒度的顆粒，例如尺寸為8-5mm、5-3mm、3-1mm和10mm的顆粒。以它們?yōu)楣橇�，以尺寸小�?.088mm或0.044mm的細(xì)粉為基質(zhì)，以構(gòu)成完整的耐火材料顯微結(jié)構(gòu)。這是現(xiàn)有耐火材料生產(chǎn)較廣泛使用的方法。這種生產(chǎn)骨科的方式對保證耐火材料顯微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性非常不利。其一，對于某一種粒度范圍內(nèi)的實際粒度分布是不控制，也是無法控制的。試驗證明，在一定的條件下，3-1mm的顆粒中2-1mm的顆�？烧嫉�60%-70%，而在另一個條件下，2-1mm的顆粒只占到30%-40%。破碎得到的顆粒粒度尺寸分布與破碎材料的種類、機器設(shè)備的類型、加料方式以及篩分設(shè)備與工藝有密切關(guān)系。因此，耐火材料廠所使用的骨料的實際粒度分布是未知的、不穩(wěn)定的。耐火材料顯微結(jié)構(gòu)的控制與穩(wěn)定是很難實現(xiàn)的。同時，這種骨料的生產(chǎn)方式對原料制造廠也不利。因為為了生產(chǎn)某一種粒度范圍的顆粒同時會生產(chǎn)其他粒度的顆粒，而這些粒度的顆粒又不是買家所需要的，造成成本提高與資源浪費。另一方面，顆粒的形狀也與破碎物料的種類、設(shè)備以及破碎工藝相關(guān)，在實際生產(chǎn)中難以控制。
　　
　　上述傳統(tǒng)耐火材料骨料的生產(chǎn)方法很難實現(xiàn)對耐火材料顯微結(jié)構(gòu)的精細(xì)控制。因此，提出了一種球形骨料的生產(chǎn)方法。生產(chǎn)出不同粒徑的球形顆粒作為骨料。目前已完成A12O3含量為88%和86%的礬土熟料以及莫來石的球形顆粒的工業(yè)試生產(chǎn)，生產(chǎn)了粒度分別為8mm、5mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm和0.2mm的各種球形顆粒。實際上，各種組成與粒度的鋁硅系球形顆粒骨料的生產(chǎn)都是可能的。利用莫來石-高硅氧玻璃球形顆粒，進行了一次制作輕質(zhì)材料的探索性研究，發(fā)現(xiàn)在顆粒之間形成了很好的莫來石相。
　　
　　應(yīng)該指出，用球形骨料制造的耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)可能與用傳統(tǒng)骨料制得的耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)有一定差別。它們的結(jié)構(gòu)、性能以及它們之間的關(guān)系尚有待深入研究。
　　
　　2.3耐火材料輕量化
　　
　　所謂耐火材料的輕量化，就是要在保證使用壽命的前提下，減少耐火材料的體積密度。其目的有三個:其一是減少單位體積耐火材料用量以降低耐火材料消耗；其二是降低耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)以減少工業(yè)爐的能耗；其三是降低耐火材料熟料的燒成溫度，減少CO2的排放并降低成本。耐火材料骨料的存在主要是為了提高耐火材料的強度與抗熱震性。骨料與基質(zhì)的體積密度與氣孔率相差非常大�；|(zhì)的氣孔率通常在10%-20%之間，而骨料的氣孔率在3%-5%左右�；|(zhì)是耐火材料較脆弱的部分。渣的滲透首先沿基質(zhì)滲透。渣會繞過骨料向耐火材料內(nèi)部滲透，形成變質(zhì)層。骨料會與變質(zhì)層一起剝落進入渣中。因此，骨料太高的致密度也許是不必要的。
　　
　　耐火材料熱震破壞的原因是在熱應(yīng)力作用下，裂紋在基質(zhì)中產(chǎn)生并擴散。當(dāng)擴展裂紋碰到一個骨料時，只要骨料強度足夠，裂紋就會彎轉(zhuǎn)，增加擴散途徑而消耗能量，提高耐火材料熱震穩(wěn)定性。從理論上講，只要骨料的強度高于基質(zhì)，就可以阻止裂紋通過骨料擴散，因此，骨料強度沒有必要過高。
　　
　　渣蝕與熱應(yīng)力是耐火材料蝕損的兩個重要原因。過高的骨料體積密度是不必要的�？梢酝ㄟ^降低骨料體積密度來降低耐火材料的體積密度與導(dǎo)熱系數(shù)，以達到降低耐火材料消耗與節(jié)能減排的目標(biāo)。表1中列出了用輕骨料制得的一種方鎂石-尖晶石制品與用電熔鎂砂為骨料制得的方鎂石-尖晶石制品的性能的對比。這種制品已在某水泥窯上試用，表2為工業(yè)試驗產(chǎn)品的性能。
　　
　　由此可見，過度追求骨料的高密度與高度度，死燒熟料是不必要的。不僅造成原料廠家的成本上升，而且增加能耗與CO2的排放量。適當(dāng)減少骨料的密度，特別是對于不和渣接觸的耐火材料，是有意義的，是可以探索的。這一點不僅需要耐火材料生產(chǎn)企業(yè)、還需要耐火材料使用企業(yè)的理解與支持。

　　3結(jié)語
　　
　　隨著我國發(fā)展模式的調(diào)整，我國耐火材料工業(yè)遇到很大困難，但也是個機會。我們必須改變傳統(tǒng)的思維方式，以適應(yīng)“新常態(tài)”。從技術(shù)角度上看，也要放棄一些原有思想與概念，探索新思路，來降低成本、節(jié)約能耗與保護環(huán)境。