國際陶瓷業(yè)新型耐火材料技術(shù)現(xiàn)狀

燒成是陶瓷工業(yè)中重要的工序，耐火材料則是保證提高陶瓷燒成效率的重要輔助材料。國際建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)發(fā)展的同時(shí)，亦非常注重?zé)�成�?jié)能技術(shù)的提高與創(chuàng)新。由于陶瓷用耐火材料與陶瓷制品節(jié)能企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)，故為世界各國陶瓷企業(yè)極度重視。歐洲建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)將陶瓷用耐火材料產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)看作與高檔陶瓷制品生產(chǎn)一樣重要，有時(shí)耐火材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定得更高、更嚴(yán)格。日本建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)多年來致力于采用高科技改進(jìn)與研制高技術(shù)含量的耐火材料制品，從而有力地促進(jìn)了整個(gè)陶瓷工業(yè)的發(fā)展。在開發(fā)新型耐火材料產(chǎn)品時(shí)，世界發(fā)達(dá)國家重視從技術(shù)理論和新型材料研究方面展開科研工作，由于研究工作起點(diǎn)高、收效快，取得了一系列的成果。現(xiàn)在，世界范圍內(nèi)能源供應(yīng)日趨緊張，使陶瓷工業(yè)的發(fā)展速度受制于節(jié)能技術(shù)提高的因素加大。幾十年來，國際建筑衛(wèi)生陶瓷業(yè)的每次進(jìn)步，都伴隨著耐火材料節(jié)能效果的提升，其中各種新型耐火材料一直發(fā)揮著領(lǐng)頭作用。

1、先進(jìn)工藝技術(shù)與質(zhì)量控制。

從外觀看，歐洲陶瓷用耐火材料制品外形光潔整齊、規(guī)整度高，顯示了良好的制造工藝機(jī)能。此外，這類耐火材料產(chǎn)品的理化性能優(yōu)良，使用壽命長。在間歇窯爐中，由于使用了優(yōu)質(zhì)纖維耐火材料，極大地提高了間歇窯的燒成效率。另外在窯車中使用耐火材料纖維后，減輕了窯車的重量，提高了隔熱效果，增強(qiáng)了窯爐的利用率，節(jié)約了大量的能源，同時(shí)也大大消除了環(huán)境污染。早在十幾年前，英國的間歇窯已大量采用陶瓷纖維做窯爐內(nèi)襯，使節(jié)能效果達(dá)到30％-35％左右。隧道窯內(nèi)則采用硬質(zhì)材料作為隔熱層，其他為同一材質(zhì)不同密度的輕質(zhì)磚砌筑。其膨脹系數(shù)基本上相同，由棚板蛭石粒、纖維構(gòu)成的裝配式輕型窯車，預(yù)計(jì)節(jié)能效果可達(dá)到10％以上，成為比較理想的窯車。目前英國與德國的陶瓷窯具（其中包括匣缽）使用的材質(zhì)有兩種：一種是適用于1320℃以下的堇青石質(zhì)材料；另外一種是適于高溫使用的（1400℃-1650℃）莫來石質(zhì)材料。堇青石質(zhì)材料在1240℃以下使用，采用氧化氣氛，使用次數(shù)可達(dá)400次-500次之多；莫來石棚板（規(guī)格約為300×450×25mm），使用于高溫還原焰，1420℃連續(xù)使用不會出現(xiàn)問題。這兩種材質(zhì)的耐火材料生產(chǎn)出的匣缽，不論在哪種條件使用，都顯示出極佳的效果。

日本建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)使用的耐火材料制品，其生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)高檔瓷器一樣要求非常嚴(yán)格，特別是對進(jìn)廠原料中的關(guān)鍵成分如鐵以及其他有害雜質(zhì)的控制非常嚴(yán)格。由于原料的供應(yīng)采取了專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)方式，始終保證了耐火材料原料成分的一致性。由于加工精度的提高，原料的顆粒度比較細(xì)，在采用油壓機(jī)進(jìn)行干壓或半干壓成型，產(chǎn)品的尺寸精度高，棚板類板狀耐火材料制品，其中心彎曲度允許值為千分之二至四左右。產(chǎn)品出廠前，對每塊板必須經(jīng)過嚴(yán)格的專項(xiàng)檢驗(yàn)，如果變形達(dá)到十分之一時(shí)，則要及時(shí)矯正模型。成型好的半成品，經(jīng)過吸坯器，擺放在平框架上干燥。由于采用了旋轉(zhuǎn)式干燥方式，干燥變形率很低。歐洲耐火材料制品燒成時(shí)間比我國長很多，因此產(chǎn)品燒結(jié)程度好，內(nèi)外一致且變形少。嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝控制技術(shù)與質(zhì)量管理制度，是歐洲耐火材料制品性能高、節(jié)能效果好、反復(fù)使用次數(shù)多、不易破損的原因。

2、新型窯墻用耐火材料。

目前，世界上許多國家隧道窯用耐火材料使用了輕質(zhì)材料與硬質(zhì)材料兩種。其中硬質(zhì)耐火材料分為粘土耐火磚、高鋁耐火磚、硅磚、半硅磚及其它部分。粘土耐火磚含三氧化二鋁35％，高鋁耐火磚中三氧化二鋁含量為43％-96％，其中莫來石中三氧化二鋁含量為75.65％；硅線石內(nèi)三氧化二鋁含量為60％；硅磚中以二氧化硅為主，含量達(dá)到95.6％。英國某公司設(shè)計(jì)建造的燒制衛(wèi)生陶瓷的隧道窯爐，燒成溫度為1250℃，窯墻的熱面采用氧化鋁含量為54-60％大硅線石磚。其背面為114毫米的較高級的隔熱磚，然后是230毫米的較低級的隔熱磚，最后是315毫米的隔熱粉與114毫米的紅磚。拱頂也采用硅磚砌筑，緊接著是兩層厚75毫米的不同級別的隔熱磚，再用隔熱粉與一層水泥漿料抹平窯頂。英國摩根公司和道爾頓公司是專門生產(chǎn)裝配式高溫輕質(zhì)隧道窯爐的公司。摩根公司的窯爐燒成溫度為1420℃，燒成氣氛為還原焰。其預(yù)熱帶熱面采用42-44％的耐火磚。燒成面采用的是硅線石磚。其它各處大致相同。道爾頓公司隧道窯的熱面采用的都是高鋁輕質(zhì)磚。其它部位則采用膨脹系數(shù)相同的同一材質(zhì)不同密度的輕質(zhì)磚。如熱面的溫度范圍可達(dá)1100-1500℃，其體積密度為0.42-0.77g/cm³。具有不同的熱傳導(dǎo)率。

新式間歇窯由于大量采用陶瓷纖維作窯墻材料，技術(shù)含量與技術(shù)地位發(fā)生明顯的變化。目前全部采用陶瓷纖維的間歇窯日益增多　內(nèi)襯全部采用氧化鋁含量98％陶瓷纖維的間歇窯，其使用溫度可高達(dá)1600℃。由于保溫效果好，其外墻散熱溫度可低于60℃。摩根窯爐公司間歇窯爐的窯墻總共有六層組成，最外側(cè)為3毫米厚低碳鋼板，其次第二層是50毫米厚的石棉板，第三層是25毫米厚的陶瓷纖維（密度為64kg/m³）。第四層是25毫米厚、密度為98kg/m³的纖維，第五層是密度為128kg/m³的纖維，最里層為25毫米厚、密度為128kg/m³的陶瓷纖維，或者采用經(jīng)過抽真空的纖維板。目前由于純纖維窯爐內(nèi)襯窯爐技術(shù)上的成熟，采用纖維加部分其它耐火材料的窯爐類型減少。陶瓷纖維在建造窯爐方面最大的優(yōu)點(diǎn)是其密度小，小于0.2g/cm³。因此采用陶瓷纖維的窯爐，節(jié)能效果最大可以達(dá)到30-35％，又可以實(shí)現(xiàn)快速燒成，取得非常高的熱效利用率，是近年來建筑衛(wèi)生陶瓷技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品創(chuàng)新最明顯的標(biāo)志。此外，陶瓷纖維還具有良好的抗熱震性，很好的高溫化學(xué)性，這些優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致了間歇窯技術(shù)地位的提升。陶瓷纖維制品形成了纖維棉、纖維氈、纖維毯、纖維砌塊及纖維構(gòu)件等非常多的品種，為在建筑衛(wèi)生陶瓷大規(guī)模的普及提供了技術(shù)上的方便。近年來，新興陶瓷窯發(fā)生革命性的變化與進(jìn)步，許多方面得益于陶瓷纖維材料的應(yīng)用。

陶瓷纖維的使用壽命與窯爐內(nèi)的燒成氣氛密切相關(guān)，在氧化焰氣氛下，僅作高溫素?zé)龝r(shí)，其壽命可達(dá)10年左右。而在還原焰時(shí)，由于窯爐中碳和硫的沉淀作用，有可能縮短纖維的使用壽命。如果適當(dāng)提高氧化鋁的含量，可以增加纖維表面的抗腐蝕能力。利用在陶瓷纖維的表面噴施一層1-2毫米厚的莫來石與碳化硅涂層，或者莫來石—氧化鋁涂層，可以延長陶瓷纖維的使用壽命。

3、新型窯具與匣缽材料及使用。

歐洲建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)，過去也采用匣缽類窯具用于燒成。后來由于燒成燃料的改變，窯具與匣缽的使用發(fā)生很大的變化。尤其在采用城市煤氣、液化氣或天然氣后，窯內(nèi)氣體對產(chǎn)品影響減少，因此耐火材料中窯具的形狀發(fā)生改變，如沉重的匣缽減少，而體積輕薄的棚板、支架、支柱及掛釘增加。由于體積大的匣缽被薄而輕的棚板支柱頂替，窯爐內(nèi)的產(chǎn)品裝載量增加，大大提高了燒成效率。新型窯具具有許多優(yōu)點(diǎn)，如高溫蠕變性、抗熱震性、常溫機(jī)械強(qiáng)度與高溫荷重強(qiáng)度方面都有了大的提高。新型窯具制品還具有精度高、能夠防止高溫窯爐中不潔窯具對產(chǎn)品污染。另外，從使用壽命看，新型窯具使用成本低，可以節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用支出。

新型窯具中的耐火材料，在1300℃以上使用時(shí)，莫來石的含量很大，有時(shí)達(dá)到100％。玻璃相和莫來石之間的比例幾乎不變，此類材料膨脹系數(shù)較高，屬于高膨脹材料，最高在1650℃使用。還有一種堇青石質(zhì)耐火材料，屬于低膨脹耐火材料，使用溫度在1250-1300℃。如果使用跨度短、負(fù)載輕，使用溫度可達(dá)到1400℃。窯具經(jīng)過燒成后，根據(jù)需要為了保證尺寸的精確度，可以進(jìn)行切割加工。經(jīng)過擠壓成型的支柱，燒成后可以進(jìn)行切割加工，以獲得所需要的長度。在使用中，窯具受彎曲、開裂釉的侵蝕等最終破壞而縮短壽命。此外堆放不正確也會影響到窯具的使用壽命。因此在使用中盡可能使用小型的棚板，這樣可以獲得適用的裝坯組合。由于小棚板跨度小，不易發(fā)生彎曲和開裂等缺陷。在裝窯時(shí)一定要使窯內(nèi)有足夠的空間，能夠使窯內(nèi)火焰氣氛流動(dòng)暢通。在裝坯時(shí)盡量不要把坯體擠向棚板中心，留下的邊緣不要使用，坯體擺放要均勻，這些都是可以保證正確使用匣缽窯具的方法。

4、新型節(jié)能低蓄熱窯車。

新型節(jié)能低蓄熱窯車由于采用了大量的高科技新型材料，大大提高了其各種理化性能。和傳統(tǒng)窯車作比較，低蓄熱窯車有許多優(yōu)點(diǎn)，在目前發(fā)揮了最好的經(jīng)濟(jì)效益。概述如下：（1）燒成燃料消耗大幅度降低。由于采用新材料與新結(jié)構(gòu)，新型窯車的蓄熱能力大量減少，這樣造成窯車本身的熱損耗減小，因此提高了節(jié)能效果；（2）增加了燒成的產(chǎn)量。由于整個(gè)窯爐與窯車自身蓄熱少，因此，產(chǎn)品的加熱與冷卻時(shí)間縮短，可以縮短燒成周期，實(shí)現(xiàn)快速燒成，故而增加了產(chǎn)量；（3）采用新型窯車，可以減少設(shè)備安裝投資。如可以采用較寬的窯車，縮短窯爐的長度，因此節(jié)省了設(shè)備投資。而且由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維修也很方便；（4）燒成溫度更加均勻。由于窯車熱容小，比較容易使窯內(nèi)產(chǎn)品在燒成中達(dá)到溫度均勻一致。尤其在預(yù)熱帶，窯車下部透過的熱量小，因此流動(dòng)氣體的溫差小，這對于窯溫的一致十分有利；（5）新型窯車可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝窯卸窯，為陶瓷生產(chǎn)的全自動(dòng)化生產(chǎn)線奠定了基礎(chǔ)；（6）窯車的組裝與配件更換更加方便，企業(yè)組裝窯車不再需要專門的技術(shù)工。這是由于臺面是精確制成的預(yù)制件，只需在現(xiàn)場組裝即可，而不再需瓦工用料漿砌筑。因此更換部件非常方便�，F(xiàn)在裝配式低蓄熱窯車作為有明顯節(jié)能效果的燒成設(shè)施，已經(jīng)大量減少了產(chǎn)品與耐火材料的比值，成為重要的節(jié)能手段，今后將被大量推廣。

總之，新型耐火材料與建筑衛(wèi)生陶瓷業(yè)的發(fā)展，關(guān)系非常密切。陶瓷產(chǎn)品的節(jié)能要依靠先進(jìn)的耐火材料的技術(shù)支持。我國陶瓷行業(yè)應(yīng)該密切關(guān)注國際新型耐火材料發(fā)展的新動(dòng)向，不斷加大利用新型耐火材料的力度，使燒成階段的節(jié)能工作登上新臺階，達(dá)到新水平。