一文读懂耐火材料怎么分类怎么用

哈尔滨耐火材料是所有高温工业实施的基础，种类繁多，应用广泛。该文为大家总结了耐火材料在四大主要下游：钢铁行业、水泥行业、有色金属冶炼工业及玻璃工业中的应用，包括高炉、转炉、电炉、锅包炉、LF炉、RH真空精炼设备、水泥窑、玻璃窑、有色金属冶炼炉等高温设备对不同种类耐火材料的选择。如果你和之前的小编一样迷茫，那快来看看这篇文章吧。

1什么是耐火材料？

耐火材料，根据国际标准是指在高温环境下其化学与物理性质稳定并能正常使用的非金属 ( 并不排除含有一定比例的金属) 材料与产品。美国对耐火材料标准定义:根据其化学、物理性质可制成用于温度超过 1000 ℉环境下的结构与器件的非金属材料。按日本的标准，耐火材料规定为能在 1500℃以上温度下使用的定形耐火材料以及最高使用温度为 800℃以上的不定形耐火材料、耐火泥浆与耐火隔热砖。中国则沿用国际标准，耐火材料的定义为物理与化学性质适宜于在高温下使用的非金属材料，但不排除某些产品可含有一定量的金属材料。

2耐火材料有哪些？

耐火材料有多种分类方法，按化学性质分类，可分为酸性耐火材料、碱性耐火材料和中性耐火材料三类。

按耐火材料的矿物化学主要成分来分，可划分为：硅质耐火材料、铝硅酸盐耐火材料、镁质耐火材料、镁尖晶石质耐火材料、镁铬质耐火材料、镁白云石质耐火材料、白云石耐火材料、碳复合耐火材料，高铝质耐火材料、铬质耐火材料、锆质耐火材料等。

按供货形式分类，可分为定型和不定型耐火材料两类。

根据耐火度不同分类，分为普通/高级/特级/超级耐火材料；耐温1580~1770℃称为普通耐火材料，高级耐火材料可以耐1770~2000℃高温， 耐高温2000~3000℃的称为特级耐火材料，3000℃以上的称为超级耐火材料。

根据体积密度分类，还可以分为轻质/重质耐火材料。

根据性质和尺寸的不同分类，分为标型/普型/异型/特异型耐火材料等。 

按照耐火材料的化学成分分类是耐火材料的最常见的分类方式。具体分类、类别及其主要化学成分和主要矿物成分如下：

表1. 常见耐火材料种类及化学成分

3如何选择合适的耐火材料？

哈尔滨耐火材料是钢铁、有色、石化、建材、电力等高温工业的基础材料，是高温工业热工装备的重要支撑材料。四大下游应用领域分别是：钢铁行业、水泥行业、有色金属冶炼工艺以及平板玻璃工业。

领域一：钢铁行业

耐火材料70%下游需求为钢铁行业， 应用于高炉、转炉、电炉、钢包炉、 LF 炉、 RH 炉以及连铸系统等。

钢铁生产流程是将铁矿石在高炉中冶炼成生铁，将铁水注入转炉或电炉冶炼成钢，再将钢水铸成连铸坯或钢锭，经轧制等塑性变形方法加工成各种用途的钢材。钢铁生产中由于各种炉子的工作环境与使用要求不尽相同，因此对于耐火材料也有不同的要求。

高炉用耐火材料

高炉炼铁主要用到的耐火材料有是不定型耐火材料、碳质耐火材料、粘土砖、高铝砖等。其中碳质耐火材料包括石墨砖、半石墨砖、炭砖、Si3N4结合SiC砖。

高炉不同部位使用环境不同，对耐火材料的要求和选择也不尽相同。

炉喉：主要使用优质的黏土砖和高铝砖砌筑。

炉身：中部和上部温度区域为 400°C~800℃。目前在这部位都是采用优质的黏土砖或高铝砖砌筑而成。

高炉炉身下部：经过对高炉的大量的调查研究其结果表明，其中约有 23%的高炉都是使用的 SiC 耐火材料。在我国研制出的Si3N4结合SiC砖对抗侵蚀性能有了显著的提高，并且已经开始应用于我国的各大高炉炉身的砌筑，对高炉的使用寿命有了显著的提高。

炉腰：正常工作时候的温度为1400℃~1600℃，我国针对炉腰部位所受到的侵蚀以及冲刷严重的情况，研制出Si3N4结合 SiC 砖，经过实践证明这种砖的耐冲刷、耐侵蚀性好。

炉腹：下部炉料温度约在 1600℃~1650℃，并形成大量的中间渣开始滴落。在国内一般选用碳质耐火材料制作的碳化硅砖。在国外这部位选用的耐火材料也比较多，荷兰霍戈文钢铁公司3662m3高炉炉腹砌半石墨砖，效果较好。

炉缸：温度一般是在 1450°C~1500°C之间。风口区温度能够达到1700°C~2000°C。主要是采用炭砖砌筑。近年来，国内很多高炉炉底炉缸采用法国 SAVOIE 公司和日本电极公司碳质材料-陶瓷材料复合结构。

铁口：在铁口主要的装置是铁口套，它是由铸钢制成，并与炉壳焊接。目前在这个部位主要使用性能优异的炭砖。

转炉

转炉用镁碳砖。

冲击区修补料（大面料）：电熔镁砂、烧结镁砂+沥青+结合剂。

耳轴喷补料：镁砂+消石灰+水，高压空气喷补，几炉一补。

出钢口修补料：镁砂+树脂。

炉口镁质捣打料：镁砂+铬绿。

电炉

电炉炉盖：高铝质、莫来石质、刚玉质、铬刚玉质浇注料。

电炉主炉壁：直接结合镁铬砖、预反应镁铬砖、镁砖

渣线及热点：油浸镁砖、直接结合镁铬砖、熔铸镁铬砖、镁碳砖

炉底隔热层：一层石棉板，上铺硅藻土粉，其上平砌隔热砖

炉底永久层：烧成镁砖、沥青结合镁砖等错缝砌筑

炉底工作层：打结炉底：镁砂+沥青、焦油，镁钙铁砂；砌筑炉底：沥青结合镁砖、卤水结合镁砖

出钢口：高强度镁碳砖、Al2O3-SiC-C砖

钢包炉

渣线：镁碳砖、铝镁碳砖

包壁：低碳镁碳砖、铝镁碳砖、铝镁不烧砖（无碳砖）、铝镁浇注料

包底：铝镁碳砖、铝镁浇注料、刚玉尖晶石浇注料

包底用耐火材料：水口座砖、透气砖、透气座砖、引流砂。

LF炉

渣线用耐火材料，耐侵蚀、抗热震的优质镁碳砖，添加抗氧化剂ZrB2(1.5%)；钢水线用高铝砖；

包底用高铝砖和高铝浇注料。

大同公司全衬采用镁碳砖。

ASEA-SKF炉

渣线部位：镁碳砖、镁铬砖、镁砖、镁白云石砖、Al2O3>85%的高铝砖；

侧壁与包底用75%Al2O3的高铝砖、浇注料；

钢水线下部用铝碳砖。

RH真空精炼设备

本体主要耐火材料：镁铬砖、镁尖晶石砖、刚玉尖晶石浇注料、刚玉尖晶石预制料，正在向无铬化发展。

连铸中间包：高炉砖、镁质涂料

领域二：水泥行业

耐火砖广泛应用于各工业部门和高温技术领域，是水泥企业在熟料煅烧过程中必不可缺的生产材料。在水泥企业应用较多的是碱系和硅铝系耐火砖。之前，在回转窑烧成带应用最多的就是镁铬砖，但是镁铬砖中水溶性六价铬的污染隐患，已成为耐火砖应用过程中急需解决的重要课题。随着环保意识的提高，一些工业化国家(如德国、美国等)已通过立法来限制镁铬砖的使用。我国对此也有相应的规定。目前耐材无铬化已在水泥行业全面实行，在烧成带用镁铁和镁钙砖都能替代原先的镁铬砖。

水泥企业熟料煅烧及冷却系统的各个不同部位，对耐火砖的性能要求不同，所使用耐火砖的种类亦不同。水泥企业常用的耐火砖有：高铝砖、白云山砖、镁铬砖、尖晶石砖、抗剥落砖、硅莫砖等。

高铝砖

主要适宜于预热器、分解炉、三次风管、回转窑的分解带，篦冷机内衬等处。

白云石砖

白云石砖往往用在回转窑的高温烧结部位。由于白云石固有的水化性，使得其在停窑期间会吸潮水化，使砖体开裂剥落，所以白云石砖适宜在运行周期长的回转窑内中使用。用在回转窑煅烧带，使用寿命比原用镁铬砖还长。

镁铬砖

20世纪50年代出现的镁铬砖使得炉衬寿命有了大幅度的提高，使得镁铬砖在水泥回转窑耐火材料中一直处于主导地位。20世纪60年代，大型水泥回转窑的出现，使得氧化镁尖晶石砖代替了镁铬砖在过渡带中的位置。

为减少六价铬对环境的污染，现已制造了低铬镁铬砖和无铬碱性耐火材料来取代镁铬砖。如果不考虑环境污染的话，镁铬砖是一种性价比非常高的耐火材料。目前水泥行业，已经在烧成带用镁铁和镁钙砖都能替代原先的镁铬砖，实施无铬耐材。

镁铝尖晶石砖

尖晶石砖中没有铬的成分，是一种环保产品，多用于回转窑的前、后过渡带。

镁铁尖晶石砖

不含铬成分，适用于回转窑的整个碱性区域（烧成带、过渡带），具有优异的造窑皮能力；

抗剥落砖

抗剥落砖是含锆高铝砖，属于一种酸性砖，是水泥企业回转窑过渡带及分解带的理想材料。还可用于回转窑的窑门罩、冷却机等部位。

硅莫砖

硅莫砖中的“硅”指碳化硅，“莫”指莫来石。本质上，硅莫砖是一种添加了碳化硅的高铝砖。适用于回转窑的上、下过渡带、安全带。许多企业实践证明：硅莫红砖或硅莫砖用于5 000t/d预分解窑上过渡带，可以获得12个月以上的使用寿命。 

领域三：有色金属冶炼工业

有色金属冶炼的主要设备就是有色金属冶炼炉窑。对耐火材料的品质、质量的需求和选择是提高有色金属冶炼炉窑寿命和产量的重要因素。冶炼炉的结构形式取决于不同的火法冶炼工艺，根据不同的冶炼工艺流程，选用不同形式的炉种。

铝熔炼窑炉

炼铝炉主要有反射炉、转筒炉和感应电炉等，操作温度一般为700-1000℃。该类炉子衬体的损毁主要是铝液的渗透和冲刷所致，其衬体一般用粘土砖、高铝耐火砖及刚玉莫来石砖砌筑，也可用高铝质耐火浇注料和耐火可塑料制作。

粗铜熔炼炉

炼铜转炉的内衬，各国普遍采用镁铬耐火砖或铬镁砖。而由于“铬”对于环境的危害，近年来含铬耐火材料也逐步在建设，取而代之的是新型无铬环保型绿色耐火材料。

转炉风口区域和渣线部位，是转炉内衬的薄弱坏节，宜选择优质的高档耐火砖。

铅锌工业

铅锌密闭鼓风炉

使用温度800-850℃热风鼓风，炉顶保持1050-1100℃的高温。铅锌密闭鼓风炉炉缸采用镁砖砌筑，炉腹是水套，炉身采用高铝砖砌筑，炉缸用高铝质不定型耐火材料打结。目前国内两座铅锌密闭鼓风炉，其前床内村分别采用铬渣砖和铝铬钛砖。

锌精矿流态化焙烧炉（沸腾炉）

采用粘土砖砌筑而成，炉底分布板，加料前室、排料口等部分也有采用粘土质耐火混凝土捣制。另一发展方向是可以全部采用不定型耐火材料。

感应熔锌电炉体

采用粘土砖砌筑，熔沟采用不定型耐火材料捣制，感应式所处的温度无法将捣制而成的耐火材料烧结成整体，需用胶黏剂将其结合成整体。目前普遍使用的是水玻璃粘土质材料。

领域四：玻璃工业

窑炉作为玻璃生产的核心装备，窑炉的技术进步要求有多品种的优质耐火材料作为保障条件，要求耐火材料能承受更高的温度、更急剧的温度变化、更强烈的化学侵蚀、更严酷的应力破坏，只有配套应用多品种优质耐火材料，窑炉新技术的高效、节能、低污染等优越性才能得以实现。

玻璃窑用熔铸耐火材料

熔铸锆刚玉耐火材料中，氧化锆具有提高抗侵蚀性的作用; 熔铸锆刚玉耐火材料的工艺是使粒度、形状适宜的一次斜锆石均匀分布于成分、数量适宜的玻璃相中，使一次斜锆石与玻璃相彼此配合，互相保护; 这方能使熔铸刚玉耐火材料具有较高的氧化锆含量，较低的玻璃相含量和较高的制造合格率。随着全氧燃烧工艺的推广，又开发了低渗出熔铸耐火材料，如ER2001。

玻璃窑用硅质耐火材料

20 世纪80年代，我国从美国引进了玻璃窑用高级硅砖的制造技术。采用全氧燃烧技术后硅砖寿命从 5～10a锐减为2～3a。鼠洞和熔蚀是主要的损毁原因。鼠洞是从窑内泄漏气体中的碱冷凝在砖缝上腐蚀硅砖所致的。一方面，通过提高砖的尺寸精度，减小砖缝，降低窑气外泄；另一方面，采用抗侵蚀性能更好的低钙硅砖或高纯硅砖以及设计窑衬结构，使碱的冷凝温度区移到硅砖背后的不定型耐火材料层中来提高硅砖寿命。

玻璃窑用碱性耐火材料

玻璃窑蓄热室耐火材料，通常，蓄热室格子体最上层使用高档镁砖w(MgO)＞97% ; 上层使用中档镁砖，w ( MgO) 约为95%～96% ; 中层使用直接结合镁铬砖; 下层使用低气孔黏土砖。为此，玻璃企业扩大了蓄热室中 M－97 镁砖和直接结合镁铬砖的用量，替换了性能较差的 M－95镁砖，使蓄热室寿命由原来的 1a 延长到 3a，取得了初步成功。如获更长的使用寿命，可在玻璃窑蓄热室中层使用复合尖晶石质材料。目前，该类材料已获良好使用效果。

耐火材料行业是高温技术服务的基础行业，与钢铁行业、水泥行业、有色金属冶炼行业及平板玻璃等下游行业有着密切的联系。在环保治理和下游需求持续下行的双重压力下，耐火材料行业从产量、制品质量、新技术新产品创新、企业经营模式等方面都面临着巨大的挑战和机遇。2017年，耐火材料制造技术被写入产业关键共性技术发展指南中，同时被评入河南首批11个省级制造业创新中心。 本文主要整理了2012-2016年及2017年上半年耐火材料生产运行情况，并预测了耐材“十三五”期间的发展改型趋势。

哈尔滨耐火材料“十三五”发展趋势

“十三五”期间将是耐火材料行业涅槃重生的重要时期。主要表现在以下几个方面：

第一、规范市场秩序、提高行业产业集中度。

第二、借助互联网+传统制造工业，大型企业树立企业品牌，扛过2016年寒冬的中小型企业重组改建，提高产品质量，向大型企业发展，改善耐火材料行业“小、散、乱”弊病。

第三、整体承包商业模式积极推动企业整合、规范市场秩序，提高产业集中度；形成企业间的合作模式，逐步增强企业市场话语权。

第四、响应国家环保政策，发展耐火环保新材料和促进新技术的产业化，提高我国耐火材料质量，增强全球竞争力。