耐火材料工业在国民经济中的作用和地位

       耐火材料属无机非金属材料学科，其产品直接应用于钢铁、有色金属、水泥、玻璃、陶瓷和化工、机械、电力等国民经济各个领域的高温工业生产过程中，是保证上述产业生产发展必不可少的基本材料.有着不可替代的重要作用。
       1. 耐火材料的概念、用途及要求
       耐火材料是指能够在高温环境中满足一定使用要求的非金属材料，是用来满足采用高温工艺生产诸如钢铁、水泥、玻璃、有色金属、陶瓷、石化产品等或采用高温工艺加工其他材料所用的基础和关键材料，可用作热工设备的内衬结构材料，也可用作某些高温装置的部件和功能性材料。耐火材料的主要原料是高温氧化物如氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钙等，也有部分是石墨、碳化物（如SiC）、氮化物（如Si3N4、BN等），总言之，是高温无机材料。所用原料要求资源储量大，可稳定供给且物美价廉。耐火制品大多采用机压成型，也有采用等静压、热压、熔铸、浇注等成型的；成型后, 有的需要高温烧成，有的则只需低温烘烤，近年来免烧成耐火材料得到大力发展。
       耐火材料与其他材料的不同之处在于其要在高温下承受热、化学和机械因素的破坏作用，必须具备特定的使用性能以保证耐用性和安全性。由于主要用作高温窑炉、高温容器的衬里、部件和功能材料，耐火材料须具备以下八大方面的基本要求：
       1）耐高温。在高温下（如炼钢温度有的可高达1750ºC）不软化、不熔融；
       2）高强度。能够承受构建件荷重和在操作过程中所作用的应力，在高温下不丧失结构强度、不发生变形和坍塌。
       3）热震稳定性。承受温度急剧变化和受热不均产生的破坏作用。
       4）体积稳定性。在高温下体积稳定，砌体不因过大膨胀或收缩而出现开裂。
       5）抗渣性。优良的抵抗液、气或固态介质的化学作用对衬体造成的侵蚀损坏。
       6）耐磨性。抵抗熔融金属和熔渣、高温高速流动的火焰、炉气的磨蚀、冲刷以及各物料的撞击磨损破坏。
       7）保温性。防止热量过多散失。
       8）功能性。执行特定的作用，如控制钢流、净化钢水、热交换、过滤，等等。
       2. 耐火材料的主要使用领域
       作为高温工业的基础材料，耐火材料广泛用于钢铁和有色冶金、建材、化工、石化、陶瓷、机械制造、电力、电子等工业。其中钢铁工业是耐火材料最大消耗者，在我国占整个消耗量的60%以上。其次为包括水泥、玻璃、建筑陶瓷等在内的建材工业，占整个消耗量的15%左右。
       钢铁的冶炼和加工多数是在高温下进行的，如制备焦炭的焦炉，炼铁高炉、热风炉、铁水罐、鱼雷车；炼钢用转炉、电炉、钢包、炉外精炼装置、中间包，轧钢加热炉等，耐火材料是不可或缺的衬里和构件材料，有的还担任特定的功能，如钢水控流的滑动水口、整体塞棒等。通常耐火材料是以每吨钢消耗多少公斤耐火材料作为指标来表征其消耗量，也以炉子、设备的寿命（至大修为止的加热次数，操作时间或盛装铁水钢水的量）衡量耐火材料的技术水平和质量。
       建材工业中的水泥工业、玻璃工业、陶瓷工业中所有高温炉窑内衬均必须由耐火材料来构筑。虽然在消耗数量上比不上钢铁工业，但对耐火材料某些性能的要求也十分苛刻，尤其是随着现代要求提高燃烧强度、强化传热效果、减少热损失、有利环保等，使得耐火材料不仅是建材工业的消耗性材料，也是实现新技术、新工艺所必需的材料。
       有色金属的火法冶炼及其热加工也离不开耐火材料。有色金属种类繁多，冶炼方法不一。特点是熔体熔化温度不高，流动性好，排渣量大，因此对耐火材料有特定的要求，耐火材料耗量约占总用量的8%左右。二十世纪80年代以来，有色金属工业迅速发展了闪速熔炼、富氧吹炼及闪速焙烧等新技术，对耐火材料性能的要求愈来愈苛刻，尤其是炉体的关键部位要求更为严格。除使用粘土砖、硅砖及高铝砖外，高强度不定形耐火材料与耐火纤维制品，碳质、碳化硅制品，直接结合镁铬砖与熔铸镁铬砖等，均已采用。
其他工业如化工、机械制造、电力、电子等工业的各种反应炉、焙烧炉、热处理炉、锅炉以及其附设的火道、烟囱、保护层等也都必需用耐火材料。
       总之，当构筑物、装置、设备或容器须在高温下操作使用时，均需用耐火材料作衬里或构件。

       注：（1）以上比例数据占国内需求量份额
       （2）出口量比例数据为占生产量份额
       （3）用于电力～150万吨中，含保温材料
       3. 耐火材料对主要上、下游行业的作用与影响
       无论是定形还是不定形耐火材料，均须由各种原料采用特定工艺加工而成。耐火材料的上游行业主要涉及两大方面，一是相关的机械装备行业，二是耐火原料行业。
       高性能耐火制品的制备要求高压成型、高温烧成、后续加工；不定形耐火材料的施工、烘烤和维护需要诸多先进装备。装备水平是耐火材料行业发展水平的重要体现。我国从“八五”攻关以来，已自主研发了不少新型生产装备。但与国外发达国相比，在自动化、控制水平、稳定性、多功能性等方面还有较大差距，如：大吨位全自动液压机、高效混合设备、温度精确控制的高温窑、湿式喷射机等。
       耐火原料对制品的性能、质量和使用效果有直接影响。只有高质量、高性能原料的品种和档次不断进步，才能使耐火材料品种丰富，性能和质量不断提高。否则，便会“巧妇难为无米之炊”。我国天然耐火原料资源丰富，特别是高铝矾土、镁砂、石墨等储量居世界之首。但由于有的矿山开采管理差、手段落后，矿山资源综合利用率低。近年来因铝工业用铝土矿的增加，高铝矾土等已出现短缺且价格大涨。镁砂出现质量不稳定，走私出口等问题。因此，对天然原料一方面要合理开采，综合利用，另一方面，应开发合成原料及原料的深加工。目前，天然原料与人工合成原料并驾齐驱，很多方面须改进。
       可见，耐火材料的发展有赖于并可带动机电、化工、原料生产与加工等相关产业的发展。
       耐火材料是高温工业的基础材料，与高温工业有着相互依存、互为促进、共同发展的关系。耐火材料的下游行业主要是钢铁工业，其次是建材、有色工业等。钢铁工业的技术进步在很大程度上有赖于耐火材料的技术进步。典型的实例是，托马斯转炉法（碱性底吹转炉炼钢法）应用成功的一个重要原因是焦油浸渍白云石砖的出现。相反同期研发的一些炼钢方法如Kaldo法等则因耐火材料的消耗高而没有得到普及。上个世纪80年代我国的连铸比不足10%，国产连铸用耐火材料缺乏，基本依赖进口。到1995年，我国的连铸比已超过95%，国产连铸用功能耐火材料的品种和性能大大提升，几乎完全国产化。近年来，钢铁生产的洁净钢比例上升，水泥工业要求用环境友好型耐火材料取代有六价铬污染的镁铬耐火材料。具有净化钢水作用的碱性耐火材料、铁铝尖晶石等无铬耐火制品应运而生，其研发和使用对钢铁工业的品种结构优化和实现水泥工业的清洁生产意义重大。
       实践证明，耐火材料的质量、品种和性能，对高温工业的发展和技术进步起着关键的保证作用。当前和今后，耐火材料除满足用户工业的正常消耗外，还需为实现用户工业的节能减排、环保、低碳方面的技术进步发挥作用。轻质高效隔热耐火材料，垃圾焚烧用耐火材料，冶炼新技术如非高炉炼铁等用新型耐火材料亟待发展。
       4. 耐火材料工业在国民经济中的重要性和必要性
如前所述，耐火材料被誉为高温工业的“支撑工业和先行工业”。耐火材料与人类的生活息息相关。据统计，在欧盟国家，平均来说，一辆小汽车约消耗10kg耐火材料，一架飞机约消耗1.1吨耐火材料。在我国，按吨钢耗耐火材料计，一辆小汽车要消耗20-25kg耐火材料。可见，天上飞的，地上立的和跑的无不与耐火材料相关。耐火材料在国民经济中的重要性主要体现在以下三方面：
       1）作为基础材料，为高温工业的正常运行提供保障
       我国钢铁、水泥、玻璃以及10种有色金属产量均居世界第一。高温工业的生产离不开耐火材料，以钢铁工业为例，耐火材料可谓是钢铁之锅。没有耐火材料作炉衬，则谈不上钢铁的生产。
       2）为高温工业的技术进步提供支撑，为低碳经济的发展提供保障
        耐火材料工业的技术进步是高温工业实施新技术、新工艺的保证。往往每一项高温新工艺，都要求有新的或性能更优的耐火材料为前提。近年来的钢铁冶炼新技术，如非高炉炼铁，大型高炉高风温热风炉，铁水预处理及炉外精炼，洁净钢等，都有赖于优质高效耐火材料的开发。
        耐火材料的主要用户及耐火材料工业自身均为高耗能产业。 在全球大力发展低碳经济的新时期，耐火材料本身及其用户是节能减排的重点对象。诸多工业窑炉用耐火材料，不但要求能满足使用寿命，而且要求有更好的隔热效果和重量更轻。可见，在新的历史时期，耐火材料需更好地满足钢铁等用户行业低碳、绿色发展的新需求。
        3）对全球的高温工业和低碳经济有重要影响
       我国拥有得天独厚的耐火原料资源，持续快速增长的经济形势和耐火材料用户行业的高速发展，促进了耐火材料工业的蓬勃发展。2010年我国的耐火制品总产量达2808万吨，占世界耐火材料总量的60%以上，是名副其实的耐火材料生产大国。因此，我国耐火材料工业的技术水平对全球高温工业的技术进步和全球低碳经济的实施具有举足轻重的影响。因此，为保持我国耐火材料在世界的重要地位，耐火材料行业应尽快进行结构升级，实现健康可持续发展。
       (摘自：中国耐火材料行业协会《我国菱镁矿、耐火铝粘土和耐火材料产业发展思路的调研报告》)