高溫工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展及豐富的耐火原料資源，支撐了我國(guó)耐火材料工業(yè)多年來(lái)的黃金發(fā)展期，同時(shí)也促進(jìn)了耐火原料工業(yè)自身的發(fā)展，表現(xiàn)在產(chǎn)量不斷增加、品種不斷豐富、性能不斷提升、質(zhì)量不斷改進(jìn)等方面。耐火原料堪稱耐火制品的脊梁，與耐火制品相互依賴，互為促進(jìn)，前者保證了后者特性的實(shí)現(xiàn)，后者為前者提供了廣闊的應(yīng)用空間。
一、耐火原料適應(yīng)性的多元體現(xiàn)
目前，耐火材料的應(yīng)用呈現(xiàn)特性化、功能化、多元化、精細(xì)化、高效化和低耗化的特點(diǎn)，耐火原料的發(fā)展必須與之相適應(yīng)?，F(xiàn)階段，受經(jīng)濟(jì)下行、需求不振、資源和環(huán)保約束力增大等因素的影響，高溫工業(yè)及耐火材料行業(yè)進(jìn)入提質(zhì)增效的發(fā)展新階段，對(duì)耐火原料的適應(yīng)性也提出了超越傳統(tǒng)的新要求。現(xiàn)階段，用戶工業(yè)的新需求、資源和環(huán)保約束力增強(qiáng)，以及耐火材料應(yīng)用的特性化、綜合化、綠色化、低耗化等發(fā)展方向，是導(dǎo)致耐火原料適應(yīng)性呈多元化的主要因素。
二、高溫工業(yè)對(duì)耐火材料的新要求
高溫工業(yè)新技術(shù)、新工藝、新流程對(duì)耐火材料的性能和功能提出了新的要求。為此，耐火制品必須有性能和功能的提升或突破。相應(yīng)地，耐火原料也必須有新特性、新品種方能滿足新需求。
1、潔凈鋼冶煉的需要
隨著鋼鐵行業(yè)調(diào)整品種結(jié)構(gòu)及特種鋼的發(fā)展，潔凈鋼冶煉技術(shù)被普遍采用，對(duì)煉鐵、煉鋼用相關(guān)輔料和耐火材料減少，以及避免污染鐵水、鋼水方面都提出了新的要求。人們?cè)谘芯亢蛯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，鋁硅系耐火材料對(duì)鋼水會(huì)有所污染，鎂質(zhì)材料不污染，而含有游離氧化鈣的材料則非但不污染，還具有潔凈鋼水的作用。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(jié)和電熔的含游離氧化鈣的鎂鈣原料受到青睞。
為了減少含碳耐火材料對(duì)鋼水的增碳污染，需要降低碳復(fù)合耐火材料的碳含量。為了消除降碳對(duì)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(jìn)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(fā)和生產(chǎn)。
2、滿足“綠色化”生產(chǎn)的要求
除潔凈鋼的要求外，其他高溫流程中有的也要求耐火材料不污染其所承載的介質(zhì)。近年來(lái)，我國(guó)在開(kāi)發(fā)應(yīng)用鐵鋁尖晶石替代鎂鉻磚的同時(shí)，鎂鋁鐵復(fù)合尖晶石的新型原料也被合成出來(lái)并在水泥回轉(zhuǎn)窯上得到成功應(yīng)用。
為了減少傳統(tǒng)硅酸鋁耐火纖維在生產(chǎn)、加工、使用安裝、用后處理等過(guò)程對(duì)環(huán)境及人體的危害，具有生物可降解的環(huán)保型鈣鎂硅系耐火纖維已被開(kāi)發(fā)使用，漸呈流行態(tài)勢(shì)。
3、高溫工業(yè)節(jié)能減排的要求
作為工業(yè)爐的襯體材料，采用具有更好節(jié)能效果的節(jié)能型耐火材料勢(shì)在必行。近幾年開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的有利于節(jié)能的新原料有：具有微孔結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)莫來(lái)石質(zhì)原料、莫來(lái)石質(zhì)中空球，輕量化微孔燒結(jié)氧化鋁，CA6-MA復(fù)相輕質(zhì)骨料，橄欖石輕質(zhì)料，尖晶石輕質(zhì)料，納米孔二氧化硅粉體及其聚合體，等等。如采用微孔輕質(zhì)莫來(lái)石質(zhì)骨料和莫來(lái)石質(zhì)中空球骨料開(kāi)發(fā)的體積密度1.8g/cm3左右的高性能輕質(zhì)澆注料，就可以取代體積密度2.5g/cm3左右的同用途重質(zhì)澆注料，用于鎂還原爐工作襯、軋鋼用環(huán)形加熱爐工作襯及軋鋼加熱爐水梁立柱水冷管包扎料，并取得了滿意的使用效果，減輕了襯體重量，節(jié)能效果明顯。
三、經(jīng)濟(jì)型耐火材料的發(fā)展
低消耗是經(jīng)濟(jì)型耐火材料的主要發(fā)展方向。原料實(shí)現(xiàn)低消耗的主要方向中擴(kuò)大天然生料、輕燒料、再生料的采用和使用范圍。為保證耐火材料的高溫體積穩(wěn)定性，天然原料多須在較高溫度下燒結(jié)或電熔，使其達(dá)到瘠性化，盡可能趨于熱力學(xué)平衡態(tài)。這會(huì)導(dǎo)致能耗高，也會(huì)造成一定程度的能力富余，某種意義上造成隱形資源和能源浪費(fèi)?？砷_(kāi)發(fā)和應(yīng)用比傳統(tǒng)燒結(jié)溫度有所降低的非平衡態(tài)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。
處于非平衡態(tài)的原料在使用過(guò)程中繼續(xù)發(fā)生有益的原位反應(yīng)，會(huì)帶來(lái)某些有益的作用。研究結(jié)果表明，添加一定量天然生料的澆注料有良好的效果，生料受熱后分解逸出的氣體形成通道，有助于提高抗爆裂性能。在鋁硅澆注料中加入生煤矸石或輕燒煤矸石，受熱后生成原位莫來(lái)石，可提高其熱態(tài)抗折強(qiáng)度、荷重軟化溫度，改善抗熱震性，同時(shí)也有助于實(shí)現(xiàn)重質(zhì)材料的輕量化。
在經(jīng)過(guò)了資源豐富、任意開(kāi)采、采富棄貧的富裕時(shí)期，從業(yè)者越來(lái)越感受到資源危機(jī)帶赤的挑戰(zhàn)。當(dāng)高品位礦漸趨枯竭，低品位礦日益成為主要原料來(lái)源的現(xiàn)狀，人們須重新考量原料和制品指標(biāo)的科學(xué)性、合理性和適應(yīng)性，優(yōu)化原料配置，使其更具優(yōu)良的和有競(jìng)爭(zhēng)力的性價(jià)比。應(yīng)考慮適當(dāng)降低某些非熔體沖刷、侵蝕部位所用高鋁質(zhì)耐材的A12O3含量和體積密度，放寬對(duì)某些中低溫部位所用鋁硅質(zhì)耐材雜質(zhì)含量的要求。
近幾年用后耐火材料的再生利用以及廢棄耐火材料的利用率穩(wěn)步增長(zhǎng)，再生利用技術(shù)水平逐漸提高，再生加工產(chǎn)業(yè)慢慢興起，專業(yè)化，規(guī)模化，系統(tǒng)化，標(biāo)準(zhǔn)化逐步走向成熟，為耐火材料行業(yè)提供了一定量?jī)r(jià)廉物美、高性價(jià)比的再生料，提高了耐火材料資源高效利用、循環(huán)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面，促進(jìn)耐火材料工業(yè)向低消耗、減量化、經(jīng)濟(jì)型方向發(fā)展。除了用后耐火材料的再生利用，應(yīng)拓展其它工業(yè)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、煤矸石等廢棄物用于耐火材料的原料。
四、多元化的趨勢(shì)
受發(fā)展階段的限制，目前耐火原料以氧化鋁基、氧化鎂基、Al2O3-SiO2質(zhì)、Al2O3-MgO質(zhì)和石墨為主，原料呈現(xiàn)“粗(牌號(hào)劃分粗)、寬(指標(biāo)范圍寬)、重(重質(zhì)料多)、高(燒結(jié)或電熔溫度高)”的現(xiàn)象，多元化不夠、系列化欠缺、精細(xì)化不足、標(biāo)準(zhǔn)局限性等問(wèn)題凸顯。因此應(yīng)貫徹多元化與綜合化兼顧的發(fā)展方向。
1、原料材質(zhì)、形式和特性的多元化
近幾年在發(fā)展堿性原料新品種、多元化方面有新進(jìn)展。如通過(guò)在氧化鎂中添加其他成分，開(kāi)發(fā)的鎂基新原料有鎂鐵尖晶石、鎂鋁鐵復(fù)合尖晶石、鎂鋁鈦復(fù)合尖晶石等，合成鎂橄欖石重質(zhì)和輕質(zhì)原料正在開(kāi)展，稀土改性的MgO-CaO砂、電熔MgO-CaO砂已投放市場(chǎng)，方鎂石-尖晶石二相復(fù)合的燒結(jié)料和電熔料已投放市場(chǎng)……開(kāi)發(fā)的含氧化鈣的新原料有六鋁酸鈣、鈣長(zhǎng)石、鈦鋁酸鈣、CA6-MA復(fù)合原料等等。
2、原料狀態(tài)的多元化
耐火原料的內(nèi)涵和外延都在擴(kuò)展。除了傳統(tǒng)的氧化物、非氧化物原料，原料已從傳統(tǒng)的非金屬材料拓展到金屬材料，原料狀態(tài)由固態(tài)擴(kuò)展到氣態(tài)。如在滑動(dòng)水口、陶瓷杯產(chǎn)品配料中普遍將金屬Al、Si作為主原料使用，并在生產(chǎn)和使用過(guò)程中與周圍的N2、CO等氣態(tài)原料反應(yīng)生成非氧化物，強(qiáng)化材料的高溫性能。隨著技術(shù)的發(fā)展，原料從剛性發(fā)展到柔性，從有形擴(kuò)展到無(wú)形，不排除將來(lái)“隱形”的物質(zhì)如磁場(chǎng)成為一種“特殊原料”的可能性。
3、原料外形的有利化
除了原料組分和特性變化形成的“新型”原料，還有原料外形變化形成的“新形”原料。如細(xì)粉尺寸從普通細(xì)度到微米乃至亞微米、納米級(jí)可大大提升原料的技術(shù)附加值，球形和近球形的粒料有助于改善不定形耐火材料的流變性能，短柱狀或管狀骨料有利于改善抗熱震性，等等。原料的內(nèi)在和外形共同影響耐火制品的生產(chǎn)制造、施工、使用性能和最終壽命。由于原料在后期加工成顆粒時(shí)其形狀難以控制，近幾年近終形原料被人們提出并付諸努力。
4、原料標(biāo)準(zhǔn)的豐富化
細(xì)化原料牌號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)。在資源豐富、富礦景大的時(shí)期，我們的原料品種劃分較粗放。如《YB/T5179-2005高鋁礬土熟料》中牌號(hào)劃分明顯比《GB/T2273-2007燒結(jié)鎂砂》牌號(hào)劃分粗放;就同一牌號(hào)的礬土熟料，也可按體積密度形成系列化。原料標(biāo)準(zhǔn)尚有缺位。目前尚沒(méi)有象葉臘石、鎂橄欖石、再生原料、耐火材料用非石墨碳質(zhì)原料等標(biāo)準(zhǔn)。隨著礦山開(kāi)發(fā)管理水平的提高，加上礦藏的復(fù)雜性、多變性、獨(dú)特性，有必要細(xì)化有關(guān)原料品種，對(duì)原料標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)化、適應(yīng)性、個(gè)性化的補(bǔ)充修訂完善。
5、特殊用途的要求
除了通用的高溫行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域，還有一些特殊行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)工藝技術(shù)或加工過(guò)程的要求，對(duì)耐火材料的某一或某些性能提出了特別要求，或要求其具有獨(dú)特的新性能，需要我們采用新的有突破性的原料，才能使耐火材料具有特性，以滿足特殊用途。有時(shí)這種從市場(chǎng)到產(chǎn)品，再到原料的倒逼機(jī)制促成了新原料的誕生。如為了增強(qiáng)材料的抗沖刷性，開(kāi)發(fā)了致密電熔剛玉。
研究表明，鈣長(zhǎng)石、六鋁酸鈣原料有較好的抗CO氣體和堿蒸汽的侵蝕性;引入表面具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的焦炭，可提高炮泥的透氣性。為使耐火材料在高溫時(shí)有良好的隔熱性，減少對(duì)流傳熱，也促使人們開(kāi)發(fā)出具有微孔結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)原料等等。
五、物盡其用和可持續(xù)發(fā)展的要求
耐火材料分為酸性、堿性和中性，受歷史發(fā)展的延續(xù)性和資源分布的局限性，鋁硅質(zhì)耐火材料產(chǎn)量占比一直偏高。鋁工業(yè)及耐火材料行業(yè)的快速發(fā)展造成耐火黏土、鋁礬土的消耗量巨大，資源儲(chǔ)量銳減引起礬土熟料價(jià)格高漲。長(zhǎng)此下去，勢(shì)必影響鋁硅質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)應(yīng)用。從提高資源利用率及耐火材料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，今后應(yīng)多關(guān)注酸性、半酸性，堿性、半堿性耐火材料的品種和產(chǎn)量，將優(yōu)勢(shì)研發(fā)、技術(shù)、資金、政策等要素集聚于利用相對(duì)豐富且廉價(jià)的硅石、菱鎂礦資源上，進(jìn)行深加工，開(kāi)發(fā)更多的品種，使其發(fā)揮更大的作用。同時(shí)還應(yīng)適當(dāng)平衡酸性、堿性和中性耐火材料產(chǎn)量的比例，平衡硅石、菱鎂礦和鋁礬土的消耗速度;在窯爐設(shè)計(jì)選材上多考慮酸性、堿性耐火材料，使其有更大的用武之地;提高原料供應(yīng)對(duì)耐火材料發(fā)展的適應(yīng)性和該行業(yè)今后發(fā)展的可持續(xù)性。
若我們改變關(guān)注點(diǎn)降低標(biāo)準(zhǔn)，以無(wú)渣侵蝕及中低溫使用的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)篩選耐火原料，將有更多的天然礦石或尾礦符合要求，也有更多的工業(yè)產(chǎn)品及其廢棄物可供選用。如河砂、海砂、沙漠砂、硅酸鹽水泥、衛(wèi)生瓷及建筑瓷等建筑垃圾都可在一定條件下，一定程度上資源化為耐火原料。
當(dāng)前，我國(guó)高溫工業(yè)及耐火材料行業(yè)正處于從擴(kuò)產(chǎn)增量發(fā)展向提質(zhì)增效發(fā)展轉(zhuǎn)變過(guò)程中，對(duì)耐火原料提出了新要求，倒逼耐火原料要提高其適應(yīng)性，圍繞高溫工業(yè)及耐火材料行業(yè)的新需求，堅(jiān)持可持續(xù)的發(fā)展方向，開(kāi)發(fā)多品種優(yōu)質(zhì)原料。除了傳統(tǒng)原料的創(chuàng)新提升，今后值得關(guān)注和努力的方向還包括原料的系列化、多元化、綜合化，具有獨(dú)特性能的新型原料，廣義的綠色環(huán)保型原料。為此，應(yīng)加強(qiáng)科技對(duì)原料發(fā)展的預(yù)見(jiàn)、引導(dǎo)和支撐作用，積極開(kāi)發(fā)低耗、高效、綠色的新型優(yōu)質(zhì)原料，滿足耐火材料行業(yè)的新需求，促進(jìn)耐火材料行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。
