第二届世界耐火材料大会论文综述
陶若璋1,刘解华2，周宁生3
1 中国耐火材料行业协会,北京2 洛阳耐火材料研究院，471039，河南省洛阳市3 河南科技大学,471039, 河南省洛阳市
第二届世界耐火材料大会于2004年6月27-29日在新加坡Suntec国际会展中心举办. 本次大会由世界耐火材料网站主办,支持单位和组织有：日本耐火材料技术协会, 中国耐火材料行业协会,印度陶瓷学会，以及<中国耐火材料>杂志和<钢与冶金>杂志。来自中国、法国、德国、印度、日本、南韩、俄罗斯、新加坡、英国、美国、乌克兰、意大利、罗马尼亚、马来西亚、台湾等16个国家和地区的约150名代表参加了大会。
6月28日上午举行了隆重的开幕式。开幕式由世界耐火材料网站总裁君君瓦拉女士主持，并致开幕词。她首先代表组委会对与会者表示热烈的欢迎，对第一届会议以来的两年多时间里世界耐火材料所发生的变化以及所取得的进步作了回顾。世界钢铁工业排名第二的LNM集团采购总经理阿乍哈先生作开题报告。报告指出，过去两年世界经济显示强劲增长趋势，尤其中国钢铁产量以20％的速度增长。世界钢铁工业兼并重组，欧盟经济扩张，钢铁价格增长以及各国越来越严酷的环境保护条文决定了耐火材料及其用户的发展方向。他强调耐火材料生产者与用户工业之间的合作是至关重要的.游戏规则在变化,将来还要变,耐火材料工业创新以及与用户工业的良好的伙伴关系才会使你立于不败之地。
大会邀请了几位国际著名专家作特邀报告。原美国俄亥俄洲大学教授SEMLER,美国亚拉巴马大学教授BRADT, 原日本名古屋大学教授山口明良分别就尖晶石耐火原料,美国,日本耐火材料发展现状，及其新的抗氧化剂对镁碳砖抗氧化性能的改善作了精辟的论述。我国河南科技大学周宁生博士,宝钢集团公司教授级高工邰力也分别就耐火原料的发展和宝钢对耐火材料的新要求作了引人注目的演讲.中国耐火材料行业协会会长陶若璋对与会者提出的中国耐火材料行业发展的问题作了精彩的解答.大会还播放了对因故不能到会的著名专家所做的专题采访.如中国郑州大学钟香崇院士访谈,德国耐火材料协会会长的访谈等,引起了与会者的兴趣.
在大会作报告的还有，维苏威印度公司总裁GUPTA,奥地利VAI公司副总裁GRUBER,日本品川耐火材料公司海外部总裁TSUKAMOTO, 日本川旭肖子玻璃陶瓷公司总裁ISHINO, 日本黑奇播磨公司原料采购部总裁MINORU,韩国朝鲜耐火材料公司研发部SUNWOO博士。美国ALMATIS公司技术经理刘新域,印度陶瓷与玻璃研究所MAITI博士, 印度联合水泥公司总裁DEVESHWAR,马来西亚INFORTECH公司TAN TEONGBOON.他们分别就耐火材料面临的挑战和前景，耐火材料生产商与用户的合作关系, 耐火材料原料,连铸用耐火材料,水泥工业,玻璃工业,有色工业用耐火材料以及网站在耐火材料工业的作用作了详尽的阐述。
大会共收到论文18篇，内容涉及到天然原料和合成材料；钢铁工业用耐火材料；水泥，玻璃及陶瓷工业用耐火材料；其它工业用耐火材料；基础理论研究以及耐火材料生产设备，质量控制，节能技术等。现将其要点，概述如下：
1 耐火材料发展趋势
近几年全球耐火材料工业正朝向产量降低, 质量提高, 品种增加的趋势发展。具体表现为：一方面全球钢铁产量总体呈增长趋势。虽然日本、美国、欧洲等发达国家的钢铁产量停滞不前，但在以中国、印度为代表的发展中国家的钢铁产量却以很快的速度增加。另一方面吨钢耐火材料的消耗在降低，但吨钢耐火材料的成本在增加。
一方面耐火材料的主要用户如钢铁、水泥、玻璃、有色金属等行业的技术发展对耐火材料提出了更高的质量和品种的要求。 另一方面，这些行业在激烈的质量和价格竞争中向耐火材料提出了严峻的降低吨产品耐火材料成本的要求，致使耐火材料企业要以更大的投入加快新的优质产品的开发与研究以适应和满足这些行业的要求。原料以高纯为主，天然精选和人工合成并用。制品以高纯氧化物为主，非氧化物以及复合材料并重。制品品种则紧紧围绕用户的技术发展要求开发绿色，环保，节能，多功能产品。
由于用户工业的技术发展导致耐火材料消耗大幅降低。过去二十年电炉的发展导致高炉及焦炉用耐火材料大幅减少。平炉的淘汰以及连铸的发展导致大量浇钢砖的应用量减少等等。
水泥行业用耐火材料比消耗也由过去的每吨熟料消耗1.2kg降至目前的0.8～0.9kg。
有色工业用耐火材料比消耗由过去12～14kg降至8～10kg。
玻璃工业、陶瓷工业用耐火材料比消耗由过去的15kg/t降至目前的8～10kg/t。
作为耐火材料生产者决不能“见木不见林”，而应当具有全球意识。“注重本地，面向世界”。
2 耐火原料的发展
2.1红柱石,硅线石,蓝晶石原料
由于红柱石,硅线石,蓝晶石在高温下相变为莫来石，而莫来石膨胀系数较小，有利于提高材料的抗热震性。特别是红柱石，在材料中添加红柱石能形成热应力扩散的无数细微空隙。而红柱石相变形成的无数细微空隙，使得因膨胀冷缩在耐材内部产生的应力得到释放，从而提高了材料的抗热震性。尤其,硅线石完全莫来石化的温度较高,这对提高制品高温抗蠕变性有利。此外，因莫来石化伴随产生的体积膨胀效应也对高温抗蠕变有利。
有资料指出，以红柱石为主原料的红柱石砖，其抗蠕变性优于普通高铝砖、刚玉砖和大部分的莫来石砖。因此,开发利用“三石”以改善铝硅系耐火材料的显微结构和热力学性能有着很大应用空间。
2.2优质合成耐火原料的研发
一些发达国家天然原料使用量在减少,而高纯合成原料用量在不断增长,其原因是大量使用合成原料的不定形耐火材料比例在增加,而大量使用天然原料的粘土砖、高铝砖、锆英石砖产量在减少。另外，用户对耐火材料使用寿命延长有更高的要求,这方面高纯合成原料更能满足需要。
以下是最近发展的有代表性的几种合成原料：
1)用高岭土和工业氧化铝作原料经湿法研磨真空挤压成球然后在高温下煅烧制成的莫来石基熟料，具有良好的热机械性能，在窑具以及不定形耐火材料方面具有很好的应用前景。
2)同样用高岭土和荷性镁砂作原料，经湿法研磨，真空挤压成球，然后高温煅烧，能得到晶体发育良好的堇青石熟料，在窑具方面具有很好的应用前景。
3)由于洁净钢、低碳钢、高氧钢以及不锈钢的发展，使得含游离钙的碱性耐火材料在逐渐受到重视,例如,镁－钙熟料。
4)矾土基电熔刚玉和矾土基电熔莫来石，矾土基电熔莫来石－氧化锆以及电熔刚玉－氧化锆，电熔氧化镁－氧化锆等合成原料也得到迅速发展。
5)值得一提的是一种球状致密空心合成莫来石骨料正在不定形耐火材料生产中应用。该材料的特点是其空心外壳壁厚0.2～5mm，直径1.5mm～40mm，其表面可以光滑、平整，也可粗糙、凹凸不平，球壳可以是单层，也可以是双层。表面突出的部位可以是致密的，也可以是空心的。因此在浇注料中应用不仅能改善材料的隔热性能，而且能降低体积密度而不破坏其强度。
3 钢铁工业用耐火材料
3.1高炉用耐火材料
高炉陶瓷杯的发展越来越普遍，但需要高抗侵蚀性耐火材料的应用保证其使用寿命的延长。除了设计方面的变化，耐火材料材质方面也发生很大变化，例如微孔炭砖代替过去的普通炭块以降低铁水的渗透。用过的粘土砖作原料更能适应出铁口炮泥的使用要求。采用灌浆法对高炉背衬进行修补可有效地阻止背衬热气流的冲刷，从而延长高炉炉衬寿命。
3.2转炉用耐火材料
在转炉炼钢方面，一种水冷技术和悬挂系统分别在转炉炉壳的上部锥体部位和下部桶体部位得到应用，从而减小转炉炉体变形，延长转炉炉衬寿命，提高转炉生产率。这些新技术的应用已对耐火材料的使用产生一定的影响。使转炉炉龄提高到平均4000炉以上，加之喷补，高石灰和白云石的应用以及溅渣护炉技术的应用，炉龄超过1万次是不成问题的。这是值得耐火材料生产者重视的发展方向。
3.3连铸用浸入式水口
由于连铸系统的发展，中间包已由过去的中转站变成现在的影响铸钢质量和提高铸钢生产率的冶金容器。因此，许多功能材料逐渐应用在中间包内，如挡渣堰、冲击板、过滤器、吹氩透气塞等。
浸入式水口作为连铸用的重要功能耐火材料，所开展的研究重点主要在两个方面，一是提高渣线部位抗侵蚀性，二是降低内壁Al2O3附着。采取将ZrO2含量增加到88％，以及佳化颗粒尺寸分布的措施可以降低制品的热膨胀率和气孔率，提高致密度，改善抗渣侵蚀性。
另外，要密切注视用户工业的技术进步，如最近几年兴起的直接还原铁，以及直流电弧炉炼钢等新工艺对耐火材料提出的新要求。
4 水泥，玻璃，陶瓷以及其它工业用耐火材料
全世界水泥产量已从1980年的8亿吨增加到2003年的18亿吨，预计到2020年仍将以3.6％的年增长率增长。水泥工业生产工艺的变化,从湿法发展到干法配以预热器窑外分解的生产工艺不仅大大提高了水泥生产的效率和生产能力，而且给耐火材料提出了新的要求。吨水泥消耗耐火材料从过去的1.2kg/t水泥降到目前的0.58kg/t水泥。有望在2005年降到0.5kg/t水泥。除传统的镁砖，镁铬砖，高铝砖，粘土砖之外，低水泥浇注料在水泥窑的窑头和窑尾，冷却器管道，管道弯头部位以及分解器底部具有更优越的使用效果。
对玻璃工业用耐火材料所面临的主要问题是低温熔融方面的发展。无砷材料的熔融工艺，全氧燃烧技术以及电助熔技术的发展。这些工艺技术的发展对耐火材料提出更严酷的要求。
近几年，玻璃窑的寿命已得到很大提高，生产平板玻璃的浮法生产线可达10年之久。普通玻璃窑寿命为5～7年，特殊玻璃窑的寿命也达2年，因此耐火材料必须具备高抗侵蚀性，对玻璃质量较少影响，对环境不造成污染，质量稳定，节能效果明显等功能。
为了改善玻璃质量，耐火材料方面所作的努力除采用传统的31＃，36＃，41＃锆刚玉砖（AZS）之外，一种含94％氧化锆的熔铸砖（ZFC）也得到发展。这种高氧化锆熔铸砖具有比AZS砖更优良的性能。例如较少的玻璃相，抗玻璃液侵蚀，大大减少玻璃产品的缺陷，如气泡、结石等。因此，这种熔铸砖可以适应各种玻璃的熔炼，如硅酸铝玻璃，电子玻璃以及硼－硅酸盐玻璃等。
为了适应电助熔技术的发展，开发了一种含90％氧化锆的熔铸砖（ZFCR），其高温电阻率是ZFC熔铸砖的10倍。因此显示了优良的抗侵蚀性。值得注意的是全氧燃烧技术的发展将会大大减少玻璃窑大瑄硅砖的使用量，取而代之的将是AZS砖αβ－Al2-O3或β－Al2O3熔铸砖以及尖晶石砖。
另外，大砖的无损检验技术为保证出厂砖的质量也起到至关重要的作用。一种电磁波检测仪的开发使得出厂砖的质量保证得以实现。
5 有色工业用耐火材料冶炼
有色冶炼主要包括铜、铅、锌、镍、锑、锡等，轻金属冶炼以铝和镁为主。冶炼设备有闪速炉，伊萨麦炉，奥斯麦炉，底吹氧炉，BAIYIN炉等。要求耐火材料具有较长的寿命，节能，不污染环境，安全及较少维修。所用耐火材料包括：低蠕变，高荷软的硅线石、红柱石砖，莫来石砖，各种直接结合、半再结合、再结合熔铸砖和镁铬砖，镁铝尖晶石砖，氧化硅结合或赛隆结合碳化硅砖。同时近几年不定形耐火材料在有色冶炼工业的应用正在逐渐受到重视，如高耐磨性，高抗渣性和热稳定性优良的浇注料，抗剥落性优良的钢纤维增强的浇注料以及自流浇注料、捣打料、可塑料、干式料、喷补料、预铸块等应用比例逐年增长。
6 基础理论方面
基础理论方面研究，是本次大会重要话题之一。
山口明良的“自修复耐火材料的发展”一文指出：含炭耐火材料具有优良的抗侵蚀性和抗热震性，但在高温下易氧化，因此各种抗氧化剂应运而生，如金属铝，金属硅，金属镁或是它们的合金。然而这些添加剂都有其缺陷，如金属铝易与石墨反应在砖表面形成Al2O3，进而在室温下与空气接触发生水化，同时金属铝易蒸发形成气孔，从而加速耐火材料的侵蚀。然而最近研究表明，加入Al4O4C，Al2OC以及Al4SiC4等添加剂可明显改善含炭耐火材料的抗氧化性，使含炭耐火材料起到自修复功能。
BRAD在其”最具吸引力的耐火材料—镁铝尖晶石”论文中认为: 镁铝尖晶石晶体结构是一种具有较大负吉布斯自由能的化合物。在1600℃达-43.53kj/mol，比莫来石高50％。这就意味着镁－铝尖晶石与其它氧化物反应时相当稳定。另外，镁－铝尖晶石的膨胀性能与其它高铝耐火材料相当，在室温到1200℃时其值为6-9×10－6／℃。
从镁－铝尖晶石二元相图观察，MgAl2O4的低共熔温度相当高，无论从富镁端还是从富铝端，其共熔温度分别在1850℃和1925℃。同样重要的是镁－铝尖晶石在高温下展示出很宽的化学计量配比范围。由于Mg阳离子具有四面体填隙结构，而Al阳离子则有较强的八面体填隙结构，因此在1800℃无论存在超量MgO或超量Al2O3,尖晶石均能有较稳定的结构。因此利用上述特点，人们可以用氧化镁作第二相添加到氧化铝中或将氧化铝作第二相添加到氧化镁内，在高温下均能合成尖晶石形成富镁或富铝尖晶石。镁－铝尖晶石在耐火材料中的应用越来越受到青睐，尤其在用以代替镁－铬耐火材料方面具有广阔的前景。
7 环境对耐火材料生产者的要求
用户对耐火材料生产者的要求越来越严酷，在发达国家,对污染环境的产品作出了严格的限制性政策.中国的宝钢对耐火材料环境方面的要求是:在运输中对环境无污染或是少污染产品，对钢质量不会产生不良后果，有利于洁净钢的生产。
8 耐火材料的再利用
耐火材料的再利用已经在多次国际性耐火材料会议上强调，这无疑是一个值得今后耐火材料生产者和用户共同关注的问题。本次会议,许多与会者都谈到耐火材料的再利用问题。在这一方面用户与耐火材料供应商有着良好的合作前景。例如宝钢与耐火材料厂之间合作将用后镁炭砖回收利用，生产镁炭砖。其技术要求达到同样的标准。同时，含炭耐火材料可以用来生产造渣剂作冶金再利用。
9 合作伙伴关系
耐火材料生产者与用户建立一种长期的合作伙伴关系至关重要。奥地利VAI公司执行总裁卡尔.克鲁博指出：耐火材料供应商，炉衬砌筑队伍以及窑炉操作者之间只有保持一种良好的合作关系才能使窑炉的长寿命得以实现，三者缺一不可。
总之，会议论文从不同角度反映了近几年世界耐火材料工业发展的现状，同时也可从中了解到未来耐火材料的发展趋势。对今后耐火材料领域的科研，生产，应用将产生一定的指导和积极的作用。
正如一位学者指出的:总有人要生产耐火材料，也总有地方要消耗耐火材料,耐火材料工业永远不会消失。
