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建材行业用耐火材料的技术发展
已阅1232次  发布时间:2011-8-11 13:26:45

    目前,我国建材行业耐火材料产业围绕着水泥、玻璃、陶瓷窑炉的需要,已建立起科研、设计、生产、应用等完整体系,并形成了具有相当规模和技术水平的产业结构,使建材行业窑炉配套优质耐火材料实现了自给自足,而且一些耐火材料产品还从全部依赖进口发展到大批量出口。建材行业用耐火材料的升级,不仅大大降低了水泥、玻璃、陶瓷窑炉的生产使用成本,也对新型窑炉技术的推广和发展,起到了重要的推动作用。

  预分解水泥窑用耐火材料产品的技术攻关

  上世纪70年代中后期,发达国家就解决了预分解水泥窑各部位耐火材料所存在的技术问题,从而真正显示出预分解窑窑型的高效、节能优势。与传统水泥窑比较,预分解水泥窑的转速提高了3倍,窑衬所受到的热应力和机械应力都比传统窑大很多。预分解水泥窑采用多风道喷煤嘴和篦式冷却机,提高了二次风温和火焰温度,温度远高于传统水泥窑的相应部位。预分解水泥窑在生产过程中,由于原料中含有碱、硫酸盐和氯化物,在闭路的窑系统内挥发、凝聚、反复循环,这些组分在窑中富集浓度成几倍甚至几十倍的增长,与窑内相应部位的耐火材料形成反应,生成的膨胀形矿物造成耐火材料开裂、剥落或形成结皮,影响了水泥窑的正常运行。

  上世纪80年代初期,我国引进了国外大型预分解水泥生产技术和装备。当时,我国的耐火材料生产基础相当薄弱,预分解窑所需的八大类20多个品种耐火材料在我国均属空白,只能是全套耐火材料产品依赖进口。虽然预分解水泥窑高效、低能耗、低污染,但不解决配套耐火材料的国产化,必然会影响我国预分解水泥窑的发展速度。1982年,预分解水泥窑用耐火材料的国产化,被列入窑外分解水泥生产技术的攻关项目中,成为国家“六五”科技攻关的子项目。在科技人员的努力下,不久完成了用于预分解窑烧成带的直接结合镁铬砖、用于过渡带的合成镁铝尖晶石砖、用于预热系统的普通耐碱砖和普通耐碱浇注料、用于绝热保温的高强隔热砖、用于前后窑口的高强耐火浇注料等耐火材料品种。“七五”期间,为了提高耐火材料的技术水平和研发深度,科技人员进一步完善和丰富了耐火材料的配套品种,提高了耐火材料的技术水平和质量,并完成了高强、拱顶型和隔热型等耐碱砖系列产品的研制。低水泥用量型耐火浇注料,耐碱浇注料和黏土质、硅藻土质高强隔热砖,电熔再结合镁铬砖和尖晶石砖,填补了高温型硅酸钙优质隔热材料的空白,使我国预分解水泥窑用耐火材料配套品种得到逐步完善,缩小了与国外先进水平的差距。“六五”、“七五”的技术攻关,为我国自行解决新型干法水泥窑用耐火材料的研制生产奠定了技术基础,并初步建立起一整套耐火材料配套体系。以新疆厂为例,由于大量使用了硅酸钙板代替隔热砖,与江西厂相比水泥窑的预热系统热阻提高了1倍,散热损失减低了1/3,加上耐火材料质量提高,砖衬减薄,使得全窑耐火材料总用量减少了37%,配套技术已接近国外先进水平。

  上世纪90年代至今,随着“攻关”成果的不断涌现,耐火材料配套应用技术向着大型化和高寿命的方向发展,并取得了一定的进展。如今的中国水泥窑用耐火材料不仅可以自给自足,而且还大量出口到发达国家。

  玻璃、陶瓷窑用熔铸耐火材料的突破性研发攻关

  上世纪80年代,我国平板玻璃行业几乎全部使用传统窑炉,生产效率低、能耗高、产品质量差,而国外同期平板玻璃已经普遍采用了浮法玻璃生产新工艺。为了提高玻璃窑池壁、池底材料抗玻璃液的高温侵蚀能力,国外在上世纪60年代初期就成功研制出熔铸耐火材料氧化生产工艺技术,使得作为玻璃熔窑关键材料的熔铸锆刚玉砖的高温性能大为提高,而我国到上世纪80年代初期还仍然采用工艺比较简单的还原法工艺。随后,我国大型浮法玻璃熔窑采用了多项提高熔化效率和降低能耗的技术措施,窑内的高温物理化学过程不断强化,窑的规模不断扩大,耐火材料的使用条件变得愈加严峻。为了全面解决浮法玻璃窑用耐火材料的国内自给问题,上世纪80年代中期国家设立了“七五”攻关专题。按照大型浮法玻璃窑各部位耐火材料品种的实际需求,“七五”期间研制了多个品种的耐火制品,例如研制出熔融指数更低、残余石英更少用于大碹的优质硅砖,熔窑池底用3种不定形耐火材料,采用注浆成型法研制出熔窑火焰空间用致密锆英石砖,采用一次烧成法研制出池底用烧结锆刚玉砖,改进配料及成型工艺研制出蓄热室底层用低气孔黏土砖和锡槽底用黏土大砖,采用高纯原料、高压成型、高温烧成“三高”工艺研制出浮法窑箱型蓄热室格子体用高纯镁砖及直接结合镁铬砖,及技术难度很高的熔铸氧化铝耐火制品。上世纪80年代末期,进口一块熔铸α-β氧化铝唇砖高达60多万元人民币,如此昂贵的价格严重制约了熔铸氧化铝耐火制品在我国的推广应用,影响了我国玻璃产品质量的提高。在一无资料、二缺专用设备的情况下,我国科技人员研制出熔铸α-β和β-氧化铝砖,打破了国外公司对我国的垄断。

  此外,还配套研制了陶瓷窑用耐火材料,开发出合成堇青石和钛酸铝等低膨胀材料,解决了陶瓷窑组合窑具的原料、压制锆英石砖、二步煅烧锆刚玉砖、蜂窝状硅砖、镁橄榄石砖、多功能耐火浇注料及陶瓷窑组合窑具等配套产品,完善和深化研究了氧化熔铸工艺及自动控制技术。

  三大行业联合攻关提升耐火材料装备水平

  建材行业窑用耐火材料的成功研发,缓解了水泥、玻璃、陶瓷窑炉用耐火材料的燃眉之急。但我国耐火材料的总体水平与国外产品相比仍有差距,尤其是在优质原料和加工生产装备方面,落后的生产装备已成为进一步提高耐火材料产品质量的最大障碍。“八五”、“九五”科技攻关期间,在优质原料方面,科技人员成功研制出电熔法脱硅制熔铸耐火材料专用氧化锆,为熔铸锆刚玉砖提高质量、降低成本提供了有利条件。

  在生产装备方面,建材、冶金、轻工三大行业共同联合攻关,以提高耐火材料产业技术水平,并研制出熔铸耐火制品冷加工用多功能数控机床、熔铸材料退火设备等。在耐火材料品种方面,进行了减少环境污染的水泥窑高温带用低铬、无铬碱性砖的研制和应用,为“十五”期间申报“863”环境友好型无铬碱性砖做技术准备,为全面提高建材行业用耐火材料的技术水平奠定了基础。

  国家“863”计划为耐火材料技术升级铺路

  伴随着我国对环境保护工作的重视和“绿色制造”在众多领域的应用,耐火材料在使用后带来的环境污染逐步提到议事日程。以水泥行业为例,目前年需用镁铬砖30万吨,镁铬砖在使用中会生成剧毒和致癌的六价铬,年产生六价铬的残砖约12万吨,向环境年排放六价铬约360 吨。拆卸下的残砖可以污染相当自身重量5万~25万倍的水,严重地破坏了环境,六价铬威胁着人居健康。近10年来,国内外耐火材料界在寻找镁铬砖的替代材料方面作了大量工作,但效果均不十分理想。在国家“863”计划的支持下,科技人员成功研制出具有良好抗热震性和挂窑皮性能的新型镁质复相材料。在此基础上耐火材料科技人员再接再厉,在“十一五”期间又一次针对水泥行业用不定型耐火材料低寿命的突出问题进行科技攻关,同时再一次得到国家“863”计划的立项支持。短短数年,我国科技工作者不断开拓进取,开创了耐火材料科技攻关的崭新局面。

  通过科技攻关,建材行业新型窑炉用耐火材料取得了可喜成果。随着我国建材行业的快速发展,建材行业整合和耐火材料产业的兼并重组,将成为行业发展的必然趋势,耐火材料产业的技术进步,对建材行业的产业结构调整起着积极的促进作用。

 
 
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