工業(yè)用耐火建筑材料的應(yīng)用

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1前言

上世紀(jì)70年代時，國際經(jīng)濟(jì)兩次受到石油危機(jī)造成嚴(yán)重的損失。隨著石油價格的不斷攀升，建筑材料成本也在逐漸的增加，為了減少成本造成的壓力，各國科研人員開始著重研發(fā)新型窯爐，帶動了高溫技術(shù)的重大改革，推動了建筑耐火材料的更新?lián)Q代。將用油和氣為燃料的水泥窯改造成以煤和廢棄的熱能原料為燃料進(jìn)行加工，同時為了減少熱損耗，開始大力推廣預(yù)分解水泥生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用大大降低了熱損耗，同時使生產(chǎn)能力大幅度提高，但是這種技術(shù)也存在一定的缺陷，對燒成條件的要求越來越嚴(yán)格。水泥預(yù)分解窯還以廢棄的輪胎、橡膠、塑料和一些低品位高碳物質(zhì)等作為燃料，雖然使資源損耗和水泥生產(chǎn)成本有所降低，但是這些燃料具有較多的揮發(fā)性的物質(zhì)，從而造成了窯壁結(jié)皮，影響水泥窯的正常運轉(zhuǎn)，對耐火材料造成了極大的損害。在進(jìn)行玻璃熔制時，隨著加工工藝的不斷改善，浮法玻璃熔窯內(nèi)的高溫物理化學(xué)反應(yīng)更加的強(qiáng)烈，對窯內(nèi)的耐火材料使用條件提出了苛刻的要求。

2建筑材料中耐火材料的發(fā)展過程

我國在改革開始后，大量的引進(jìn)了現(xiàn)代化的水泥、玻璃和陶瓷加工的生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)和經(jīng)驗積累，具有類似屬性的生產(chǎn)線大量出現(xiàn)。但是這些窯爐所使用的耐火材料始終都是依賴于進(jìn)口。為了打破這一局面，從1981年開始，我國以中國建筑材料科學(xué)研究院等單位為主要研究部門，投入大量的資金用于新興耐火材料的研發(fā)。在多次試驗下，我國制造出了鎂鉻磚和尖晶石磚等材料用于水泥窯高溫帶的結(jié)合和多種耐火澆注料。直到上世紀(jì)90年代，我國完成了用于水泥窯、浮法玻璃窯和陶瓷的耐火材料研究，研發(fā)了熔鑄錯剛玉磚的氧化熔融工藝，隨后又要發(fā)出了熔鑄a一p氧化鋁和熔鑄p一氧化鋁磚。我國開始將大量的冶金系統(tǒng)耐火材料投入到建材市場中。在國家政策的大力扶持下，大量的耐火材料企業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)，推動了我國耐火材料的發(fā)展，拉近了與發(fā)達(dá)國家間的差距。在過去的幾年中，雖然我國工業(yè)用耐火建筑材料的技術(shù)水平得到了發(fā)展，但是能耗依然高于高達(dá)國家，我國經(jīng)濟(jì)遭到了能源問題的考驗，為此，我國政府已經(jīng)制定了一系列的產(chǎn)業(yè)政策，這一政策為我國工業(yè)用耐火建筑材料的發(fā)展提供了機(jī)會與挑戰(zhàn)。在未來階段下，工業(yè)用耐火建筑材料的發(fā)展需要滿足兩個要求，第一就是耐火材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要滿足節(jié)能要求;第二就是在耐火材料生成中，要盡可能的減低能耗。

3耐火材料技術(shù)進(jìn)步的特點

3．1高純化

耐火材料在提取技術(shù)不斷進(jìn)步的影響下，開始向著高純化的方向發(fā)展。例如鎂砂的提取，通過熱選、浮選和海水提取等方式再配以鈣硅比調(diào)整技術(shù)，從而形成具有高耐火性和高純度的鎂砂。高純度的耐火原料為制造高性能的耐火材料提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3．2不定形耐火材料

在一些發(fā)達(dá)國家中，在耐火材料總量中有一半是不定形耐火材料。不定形耐火材料在一定程度上都需要控制界面反應(yīng)才能展現(xiàn)出特殊性能。例如，低水泥澆注料可以通過原料的組成成分、粒度和外加劑等進(jìn)行控制。

3．3自動化

在進(jìn)行耐火材料生產(chǎn)中例如原料配比、燒成過程和成品檢驗等一些勞動強(qiáng)度大、工作環(huán)境差的工序，可以借助計算機(jī)控制技術(shù)來完成。計算機(jī)控制技術(shù)有著高精確度和速度快的特點，能夠保證設(shè)備高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)安全運行。

3．4復(fù)合化

復(fù)合化就是將一種耐火材料中添加另外的耐火材料，以此來研究出新的材料，如水泥可以與硅莫磚、鎂鋯磚結(jié)合研發(fā)出新的材料，目前，已經(jīng)產(chǎn)生了多種復(fù)合材料。一般情況下，復(fù)合性的耐火材料需要遵循幾個原則，即耐高溫性能、穩(wěn)定性，并且在制造和使用溫度下，各類不同的材料可以彼此共存，且侵蝕產(chǎn)物應(yīng)該受到保護(hù)，如果無法控制這一問題，就要保證有害產(chǎn)物要在可控范圍內(nèi)，且在生產(chǎn)和使用過程中，嚴(yán)禁出現(xiàn)危險性和有害性物質(zhì)。

4耐火材料技術(shù)的展望

4．1計算機(jī)輔助測試和分析技術(shù)

在信息技術(shù)不斷進(jìn)步的情況下，計算機(jī)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。在耐火材料的研究過程中計算機(jī)的測試和分析技術(shù)發(fā)揮了重要的作用，對耐火材料的發(fā)展造成了極大的影響。例如，在計算機(jī)中可以對耐火材料的熱力學(xué)進(jìn)行演算，從而判斷其物理化學(xué)反應(yīng)的情況;通過電子圖像技術(shù)對耐火材料中各種物質(zhì)的含量、分布、性能和使用周期進(jìn)行分析，為耐火材料技術(shù)的不斷改善提供數(shù)據(jù)保障。

4．2計算機(jī)輔助工藝優(yōu)化技術(shù)

通過上述從中可以看出計算機(jī)能夠?qū)σ郧盁o法進(jìn)行運算的技術(shù)進(jìn)行演算驗證，在新型耐火材料的研發(fā)中提供技術(shù)保證。例如，利用計算機(jī)軟件系統(tǒng)可以進(jìn)行虛擬實驗設(shè)計，從而從多元化和全方位的角度去分析實驗，通過對工程數(shù)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等多種學(xué)科的借助，通過計算機(jī)輔助設(shè)計出更加優(yōu)化的加工工藝，使耐火材料從定性分析向著定量分析的升級。通過數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行材料工藝的研究能夠?qū)崿F(xiàn)新興的以環(huán)保為前提的工藝技術(shù)。

4．3計算機(jī)集成現(xiàn)代制造技術(shù)

今后現(xiàn)代制造業(yè)必然會向著計算機(jī)集成制造的方向發(fā)展。所謂的計算機(jī)集成制造技術(shù)就是通過有效的方法將每一個獨立的信息單元進(jìn)行組合，將設(shè)計、制造和市場等信息進(jìn)行統(tǒng)一的結(jié)合，從而建立一套有關(guān)數(shù)據(jù)的共享體系，通過計算機(jī)集成制造技術(shù)實現(xiàn)利益的最大化。

5結(jié)語

我國是世界上最大的耐火建筑材料生產(chǎn)國與消耗國，我國一直在積極研究新型工業(yè)用耐火建筑材料，在世界對低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)注下，我國工業(yè)用耐火材料必須要加強(qiáng)創(chuàng)新，不斷調(diào)整現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)果。實現(xiàn)耐火材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，提升行業(yè)集中度，提升材料的使用效率，促進(jìn)我國工業(yè)用耐火建筑材料的發(fā)展。

作者:楊博文 單位:湖南省長沙市周南中學(xué)

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