耐火材料是鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)性材料。耐材工業(yè)和鋼鐵工業(yè)相互促進(jìn)，共同發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，鋼鐵工業(yè)出現(xiàn)了一系列新特征:產(chǎn)能過剩，盈利能力下降，環(huán)境資源約束增強(qiáng)，轉(zhuǎn)型升級(jí)面臨更多挑戰(zhàn)等。鋼鐵工業(yè)的新常態(tài)對(duì)處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的耐材工業(yè)提出了新要求、新思維并促生新變化。耐材的性能及應(yīng)用近年來呈現(xiàn)特性化、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)，也將向多元化、豐富化、特色化等新態(tài)勢演變。

1 對(duì)耐火原料新要求的多元體現(xiàn)

1.1 綠色環(huán)保的新要求

1.1.1 滿足潔凈鋼冶煉的要求

潔凈鋼冶煉對(duì)煉鐵、煉鋼用相關(guān)輔料和耐材減少和避免污染鐵水、鋼水方面提出了新的要求。研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，鋁硅系耐材對(duì)鋼水會(huì)有所污染，鎂質(zhì)材料不污染，而含有游離CaO的材料則非但不污染，還有潔凈鋼水的作用。為此，有良好抗水化性的燒結(jié)和電熔含游離CaO的鎂鈣原料受到青睞。

為了減少含碳耐材對(duì)鋼水的增碳污染，需要降低碳復(fù)合耐材的碳含量。為了消除降碳對(duì)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)。

為了減少中間包工作襯對(duì)精煉后鋼水的"回磷"作用，開發(fā)了低磷或無磷的結(jié)合體系。

1.1.2 滿足鋼鐵工業(yè)"綠色化"的要求

鑒于Cr6+有致癌作用，含鉻耐材已被國家列入限制使用的產(chǎn)品，用低鉻和無鉻新材料取代含鉻材料勢在必行。如高性能鎂碳磚、鎂鋁尖晶石磚、鎂鋯磚等應(yīng)用于RH 等精煉爐，可取代傳統(tǒng)的鎂鉻磚。

高爐出鐵口用的炮泥普遍采用焦油做結(jié)合劑，為減少生產(chǎn)和使用過程中對(duì)環(huán)境的污染，促使人們開發(fā)新的環(huán)保型結(jié)合劑。

為了減少傳統(tǒng)硅酸鋁耐火纖維在生產(chǎn)、加工、使用安裝、用后處理等過程對(duì)環(huán)境及人體的危害，生物可降解鈣鎂硅系耐火纖維已被開發(fā)使用。

1.1.3 滿足鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排的要求

作為工業(yè)爐襯材料，采用節(jié)能型耐材勢在必行。近幾年開發(fā)和應(yīng)用的有利于節(jié)能的新原料有:微孔結(jié)構(gòu)輕質(zhì)莫來石-質(zhì)原料、莫來石質(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。

1.2 發(fā)展經(jīng)濟(jì)型耐材

目前，與耐火原料產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的耐材行業(yè)、鋼鐵工業(yè)處于低迷期，低價(jià)中標(biāo)成為該供應(yīng)鏈關(guān)系的方向標(biāo)。另一方面，有的高品位天然礦物原料如高鋁礬土逐漸枯竭，礦石品位下降且品質(zhì)波動(dòng)增大，靠高檔原料提高性能、廉價(jià)原料降低成本的技術(shù)配置路線逐漸走到盡頭。受此取向的引導(dǎo)，廉價(jià)型、經(jīng)濟(jì)型耐火原料和制品將成為大趨勢。

低消耗是經(jīng)濟(jì)型耐材的主要發(fā)展方向。原料實(shí)現(xiàn)低消耗的主要方向是擴(kuò)大天然生料、輕燒料、再生料的使用范圍。為保證耐材的高溫體積穩(wěn)定性，天然原料多須在高溫下燒結(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_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。

已有研究表明，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。

面對(duì)高品位礦漸趨枯竭，低品位礦日益成為主要原料來源的現(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)良的和有競爭力的性價(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。

1.3多元化的趨勢

1.3.1原料材質(zhì)、形式和特性的多元化

近幾年堿性原料的新品種、多元化方面有新進(jìn)展。如通過在MgO中添加其他成分，開發(fā)的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)原料正在開展；稀土改性的MgO-CaO砂、電熔MgO-CaO砂已投放市場；方鎂石一尖晶石二相復(fù)合的燒結(jié)料和電熔料已投放市場等。開發(fā)的含CaO的新原料有六鋁酸鈣、鈣長石、鈦鋁酸鈣、CA6-MA復(fù)合原料等。

為滿足不同使用條件、使用溫度的需要，鋁土礦熟料的系列化尚需完善。目前Al2O3含量的劃分尚粗放；體積密度似乎越高越好，缺乏系列化；粒度供應(yīng)為傳統(tǒng)型的，缺乏多元化。從體積密度來考量，目前不乏重質(zhì)和輕質(zhì)原料，但中密度料幾乎處于空白。目前使用重質(zhì)耐材的部位，有的可使用相對(duì)輕量化的材料，或可將目前所用重質(zhì)材料的體積密度降低0.1~0.5g?cm-3甚至更多。

為了彌補(bǔ)單一耐火原料某一或某些性能的不足，平衡其綜合性能，多相復(fù)合原料逐漸被接納和關(guān)注。如在剛玉和莫來石原料基礎(chǔ)上發(fā)展的鋯莫來石原料，兼具抗侵蝕性和低膨脹性，其改進(jìn)型鋯剛玉莫來石料的性能則更優(yōu)越。電爐底用MgO-CaO-Fe2O3系合成料、鎂鋁鐵尖晶石合成料、MgO-ZrO2-TiO2系合成料、ZrB2-SiC材料及新近出現(xiàn)的A12O3-TiO2-CaO系合成料等多相復(fù)合原料都具有相對(duì)更好的綜合性能。受梯度功能材料的啟發(fā)，近幾年梯度原料的概念被提出并進(jìn)行制備探索。如:用表面碳酸化法生產(chǎn)防水化的鎂鈣砂；為了兼顧顆粒的高強(qiáng)度和低導(dǎo)熱性，可使其體積密度從表面到內(nèi)部呈梯度變化；顆粒表面組分與內(nèi)部組分的差異化設(shè)計(jì)，可有利于實(shí)現(xiàn)界面原位反應(yīng)形成的正效應(yīng)。

近幾年"組合原料"逐漸興起。它突破了傳統(tǒng)單一原料的概念。如水泥供應(yīng)商根據(jù)季節(jié)、用戶產(chǎn)品系列、特性、施工等要求，將減水劑、緩凝劑、促凝劑、增塑劑等與水泥混合后提供給客戶，提高其使用的方便性、可操作性。有的供應(yīng)商直接提供鋼包用高檔鋁鎂澆注料的添加料，將各種微粉及減水劑優(yōu)化配置，組合打包銷售。

人們發(fā)現(xiàn)，不少所謂"原位耐火材料"往往表現(xiàn)更優(yōu)。如原位生成莫來石、尖晶石、碳化硅、氮化硅、塞隆等，對(duì)制品的強(qiáng)化和改性作用往往大于加入相應(yīng)預(yù)合成的料。將含有目標(biāo)組分的原料預(yù)先配置于材料中使其在生產(chǎn)、服役過程中生成所需的目標(biāo)成分和物相，是物美價(jià)量、多快好省的方案。

1.3.2原料狀態(tài)的多元化

除了傳統(tǒng)的氧化物、單質(zhì)及非氧化物原料，耐火原料已從傳統(tǒng)的非金屬擴(kuò)展到金屬材料，原料狀態(tài)由固態(tài)擴(kuò)展到液、氣態(tài)。如在滑動(dòng)水口、陶瓷杯產(chǎn)品的配料中普遍將金屬或合金(多為A1、Si)作為重要原料使用，它們?cè)谏a(chǎn)和使用過程中與周圍的N2(g)、CO(g)反應(yīng)原位生成非氧化物，強(qiáng)化材料的高溫性能。此情形下，同時(shí)涉及金屬和氣態(tài)的原料。再如在澆注料中加入鋼纖維可提高其抗開裂和剝落能力。

1.3.3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(幾十到上百微米)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；球形和近球形的骨料有助于改善不定形耐材的流變性能；中空骨料有利于隔熱；表面凸凹不平的骨料有利于提高握裹力；短柱狀或管狀骨料有利于改善抗熱震性；纖維狀或柔性料有利于改善強(qiáng)度及抗熱震性。用造粒法直接生產(chǎn)出不同粒徑的球形輕質(zhì)骨料可以避免輕質(zhì)塊料破碎時(shí)產(chǎn)生一定比例過小顆粒和細(xì)粉而不能使用造成的浪費(fèi)；鈍角和長徑比小的顆粒有利于泥料的壓縮成型等。

原料形態(tài)有利化的另一種表現(xiàn)形式是預(yù)組合原料或稱服務(wù)型原料。原料供應(yīng)商按客戶要求將一定比例不同粒度的顆粒料混合后供給客戶，用戶直接將該顆粒與細(xì)粉混合使用，減少其原料加工、篩分、混合作業(yè)工序。

1.3.4原料標(biāo)準(zhǔn)的豐富化

細(xì)化原料牌號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)。同一牌號(hào)的礬土熟料，也可按體積密度形成系列化，應(yīng)根據(jù)使用條件選擇合適體積密度的均質(zhì)料。但目前尚沒有如礬土均質(zhì)料、葉蠟石、鎂橄欖石、再生原料、耐材用非石墨碳質(zhì)原料等標(biāo)準(zhǔn)。隨著礦山開發(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。

1.4可持續(xù)發(fā)展的要求

耐火材料可分為酸性、堿性和中性三大類。目前，中性的鋁硅質(zhì)耐火材料產(chǎn)量占比一直居高。鋁工業(yè)及耐材行業(yè)的快速發(fā)展造成耐火粘土、鋁土礦的消耗量巨大，資源儲(chǔ)量銳減引起礬土熟料價(jià)格高漲，長此下去勢必影響鋁硅質(zhì)耐材的生產(chǎn)應(yīng)用。今后應(yīng)多關(guān)注酸性、半酸性和堿性、半堿性耐材品種和產(chǎn)量，將研發(fā)、技術(shù)、資金、政策等優(yōu)勢要素集聚于利用相對(duì)豐富且廉價(jià)的硅石、菱鎂礦等資源上，進(jìn)行深加工，提高其技術(shù)附加值，開發(fā)更多的品種，提高其適應(yīng)性。適當(dāng)平衡酸、堿性和中性耐材產(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)選材上多關(guān)照酸性、堿性耐材，使其有更大的用武之地。提高原料供應(yīng)對(duì)耐材發(fā)展的適應(yīng)性及該行業(yè)今后發(fā)展的可持續(xù)性。

2結(jié)語

   當(dāng)前我國鋼鐵工業(yè)及耐材行業(yè)正處于從擴(kuò)產(chǎn)增量發(fā)展期向提質(zhì)增效發(fā)展期轉(zhuǎn)變，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，圍繞鋼鐵工業(yè)及耐材行業(yè)的新需求，堅(jiān)持可持續(xù)的發(fā)展方向，開發(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?yàn)?1)原料的系列化、多元化、綜合化；2)具有獨(dú)特性能的新型原料；3)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、引導(dǎo)和支撐作用，積極開發(fā)低耗、高效、綠色的新型優(yōu)質(zhì)原料，滿足耐材行業(yè)的新需求，促進(jìn)鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展。