国际陶瓷业新型耐火材料技术现状
作者：佚名发布时间：1970-01-01
烧成是陶瓷工业中重要的工序，耐火材料则是保证提高陶瓷烧成效率的重要辅助材料。国际建筑卫生陶瓷工业发展的同时，亦非常注重烧成节能技术的提高与创新。由于陶瓷用耐火材料与陶瓷制品节能企业的经济效益密切相关，故为世界各国陶瓷企业极度重视。欧洲建筑卫生陶瓷企业将陶瓷用耐火材料产品的标准看作与高档陶瓷制品生产一样重要，有时耐火材料的技术标准规定得更高、更严格。日本建筑卫生陶瓷企业多年来致力于采用高科技改进与研制高技术含量的耐火材料制品，从而有力地促进了整个陶瓷工业的发展。在开发新型耐火材料产品时，世界发达国家重视从技术理论和新型材料研究方面展开科研工作，由于研究工作起点高、收效快，取得了一系列的成果。现在，世界范围内能源供应日趋紧张，使陶瓷工业的发展速度受制于节能技术提高的因素加大。几十年来，国际建筑卫生陶瓷业的每次进步，都伴随着耐火材料节能效果的提升，其中各种新型耐火材料一直发挥着领头作用。
１、先进工艺技术与质量控制。
从外观看，欧洲陶瓷用耐火材料制品外形光洁整齐、规整度高，显示了良好的制造工艺机能。此外，这类耐火材料产品的理化性能优良，使用寿命长。在间歇窑炉中，由于使用了优质纤维耐火材料，极大地提高了间歇窑的烧成效率。另外在窑车中使用耐火材料纤维后，减轻了窑车的重量，提高了隔热效果，增强了窑炉的利用率，节约了大量的能源，同时也大大消除了环境污染。早在十几年前，英国的间歇窑已大量采用陶瓷纤维做窑炉内衬，使节能效果达到３０％－３５％左右。隧道窑内则采用硬质材料作为隔热层，其他为同一材质不同密度的轻质砖砌筑。其膨胀系数基本上相同，由棚板蛭石粒、纤维构成的装配式轻型窑车，预计节能效果可达到１０％以上，成为比较理想的窑车。目前英国与德国的陶瓷窑具（其中包括匣钵）使用的材质有两种：一种是适用于１３２０℃以下的堇青石质材料；另外一种是适于高温使用的（１４００℃－１６５０℃）莫来石质材料。堇青石质材料在１２４０℃以下使用，采用氧化气氛，使用次数可达４００次－５００次之多；莫来石棚板（规格约为３００×４５０×２５ｍｍ），使用于高温还原焰，１４２０℃连续使用不会出现问题。这两种材质的耐火材料生产出的匣钵，不论在哪种条件使用，都显示出极佳的效果。
日本建筑卫生陶瓷企业使用的耐火材料制品，其生产工艺与生产高档瓷器一样要求非常严格，特别是对进厂原料中的关键成分如铁以及其他有害杂质的控制非常严格。由于原料的供应采取了专业化、标准化生产方式，始终保证了耐火材料原料成分的一致性。由于加工精度的提高，原料的颗粒度比较细，在采用油压机进行干压或半干压成型，产品的尺寸精度高，棚板类板状耐火材料制品，其中心弯曲度允许值为千分之二至四左右。产品出厂前，对每块板必须经过严格的专项检验，如果变形达到十分之一时，则要及时矫正模型。成型好的半成品，经过吸坯器，摆放在平框架上干燥。由于采用了旋转式干燥方式，干燥变形率很低。欧洲耐火材料制品烧成时间比我国长很多，因此产品烧结程度好，内外一致且变形少。严格的生产工艺控制技术与质量管理制度，是欧洲耐火材料制品性能高、节能效果好、反复使用次数多、不易破损的原因。
２、新型窑墙用耐火材料。
目前，世界上许多国家隧道窑用耐火材料使用了轻质材料与硬质材料两种。其中硬质耐火材料分为粘土耐火砖、高铝耐火砖、硅砖、半硅砖及其它部分。粘土耐火砖含三氧化二铝３５％，高铝耐火砖中三氧化二铝含量为４３％－９６％，其中莫来石中三氧化二铝含量为７５．６５％；硅线石内三氧化二铝含量为６０％；硅砖中以二氧化硅为主，含量达到９５．６％。英国某公司设计建造的烧制卫生陶瓷的隧道窑炉，烧成温度为１２５０℃，窑墙的热面采用氧化铝含量为５４－６０％大硅线石砖。其背面为１１４毫米的较高级的隔热砖，然后是２３０毫米的较低级的隔热砖，最后是３１５毫米的隔热粉与１１４毫米的红砖。拱顶也采用硅砖砌筑，紧接着是两层厚７５毫米的不同级别的隔热砖，再用隔热粉与一层水泥浆料抹平窑顶。英国摩根公司和道尔顿公司是专门生产装配式高温轻质隧道窑炉的公司。摩根公司的窑炉烧成温度为１４２０℃，烧成气氛为还原焰。其预热带热面采用４２－４４％的耐火砖。烧成面采用的是硅线石砖。其它各处大致相同。道尔顿公司隧道窑的热面采用的都是高铝轻质砖。其它部位则采用膨胀系数相同的同一材质不同密度的轻质砖。如热面的温度范围可达１１００－１５００℃，其体积密度为０．４２－０．７７ｇ／ｃｍ３。具有不同的热传导率。
新式间歇窑由于大量采用陶瓷纤维作窑墙材料，技术含量与技术地位发生明显的变化。目前全部采用陶瓷纤维的间歇窑日益增多 内衬全部采用氧化铝含量９８％陶瓷纤维的间歇窑，其使用温度可高达１６００℃。由于保温效果好，其外墙散热温度可低于６０℃。摩根窑炉公司间歇窑炉的窑墙总共有六层组成，最外侧为３毫米厚低碳钢板，其次第二层是５０毫米厚的石棉板，第三层是２５毫米厚的陶瓷纤维（密度为６４ｋｇ／ｍ３）。第四层是２５毫米厚、密度为９８ｋｇ／ｍ３的纤维，第五层是密度为１２８ｋｇ／ｍ３的纤维，最里层为２５毫米厚、密度为１２８ｋｇ／ｍ３的陶瓷纤维，或者采用经过抽真空的纤维板。目前由于纯纤维窑炉内衬窑炉技术上的成熟，采用纤维加部分其它耐火材料的窑炉类型减少。陶瓷纤维在建造窑炉方面最大的优点是其密度小，小于０．２ｇ／ｃｍ３。因此采用陶瓷纤维的窑炉，节能效果最大可以达到３０－３５％，又可以实现快速烧成，取得非常高的热效利用率，是近年来建筑卫生陶瓷技术创新与产品创新最明显的标志。此外，陶瓷纤维还具有良好的抗热震性，很好的高温化学性，这些优点导致了间歇窑技术地位的提升。陶瓷纤维制品形成了纤维棉、纤维毡、纤维毯、纤维砌块及纤维构件等非常多的品种，为在建筑卫生陶瓷大规模的普及提供了技术上的方便。近年来，新兴陶瓷窑发生革命性的变化与进步，许多方面得益于陶瓷纤维材料的应用。
陶瓷纤维的使用寿命与窑炉内的烧成气氛密切相关，在氧化焰气氛下，仅作高温素烧时，其寿命可达１０年左右。而在还原焰时，由于窑炉中碳和硫的沉淀作用，有可能缩短纤维的使用寿命。如果适当提高氧化铝的含量，可以增加纤维表面的抗腐蚀能力。利用在陶瓷纤维的表面喷施一层１－２毫米厚的莫来石与碳化硅涂层，或者莫来石—氧化铝涂层，可以延长陶瓷纤维的使用寿命。
３、新型窑具与匣钵材料及使用。
欧洲建筑卫生陶瓷企业，过去也采用匣钵类窑具用于烧成。后来由于烧成燃料的改变，窑具与匣钵的使用发生很大的变化。尤其在采用城市煤气、液化气或天然气后，窑内气体对产品影响减少，因此耐火材料中窑具的形状发生改变，如沉重的匣钵减少，而体积轻薄的棚板、支架、支柱及挂钉增加。由于体积大的匣钵被薄而轻的棚板支柱顶替，窑炉内的产品装载量增加，大大提高了烧成效率。新型窑具具有许多优点，如高温蠕变性、抗热震性、常温机械强度与高温荷重强度方面都有了大的提高。新型窑具制品还具有精度高、能够防止高温窑炉中不洁窑具对产品污染。另外，从使用寿命看，新型窑具使用成本低，可以节省生产费用支出。
新型窑具中的耐火材料，在１３００℃以上使用时，莫来石的含量很大，有时达到１００％。 玻璃相和莫来石之间的比例几乎不变，此类材料膨胀系数较高，属于高膨胀材料，最高在１６５０℃使用。还有一种堇青石质耐火材料，属于低膨胀耐火材料，使用温度在１２５０－１３００℃。如果使用跨度短、负载轻，使用温度可达到１４００℃。窑具经过烧成后，根据需要为了保证尺寸的精确度，可以进行切割加工。经过挤压成型的支柱，烧成后可以进行切割加工，以获得所需要的长度。在使用中，窑具受弯曲、开裂釉的侵蚀等最终破坏而缩短寿命。此外堆放不正确也会影响到窑具的使用寿命。因此在使用中尽可能使用小型的棚板，这样可以获得适用的装坯组合。由于小棚板跨度小，不易发生弯曲和开裂等缺陷。在装窑时一定要使窑内有足够的空间，能够使窑内火焰气氛流动畅通。在装坯时尽量不要把坯体挤向棚板中心，留下的边缘不要使用，坯体摆放要均匀，这些都是可以保证正确使用匣钵窑具的方法。
４、新型节能低蓄热窑车。
新型节能低蓄热窑车由于采用了大量的高科技新型材料，大大提高了其各种理化性能。和传统窑车作比较，低蓄热窑车有许多优点，在目前发挥了最好的经济效益。概述如下：（１）烧成燃料消耗大幅度降低。由于采用新材料与新结构，新型窑车的蓄热能力大量减少，这样造成窑车本身的热损耗减小，因此提高了节能效果；（２）增加了烧成的产量。由于整个窑炉与窑车自身蓄热少，因此，产品的加热与冷却时间缩短，可以缩短烧成周期，实现快速烧成，故而增加了产量；（３）采用新型窑车，可以减少设备安装投资。如可以采用较宽的窑车，缩短窑炉的长度，因此节省了设备投资。而且由于设备结构简单，维修也很方便；（４）烧成温度更加均匀。由于窑车热容小，比较容易使窑内产品在烧成中达到温度均匀一致。尤其在预热带，窑车下部透过的热量小，因此流动气体的温差小，这对于窑温的一致十分有利；（５）新型窑车可以实现自动化装窑卸窑，为陶瓷生产的全自动化生产线奠定了基础；（６）窑车的组装与配件更换更加方便，企业组装窑车不再需要专门的技术工。这是由于台面是精确制成的预制件，只需在现场组装即可，而不再需瓦工用料浆砌筑。因此更换部件非常方便。现在装配式低蓄热窑车作为有明显节能效果的烧成设施，已经大量减少了产品与耐火材料的比值，成为重要的节能手段，今后将被大量推广。
总之，新型耐火材料与建筑卫生陶瓷业的发展，关系非常密切。陶瓷产品的节能要依靠先进的耐火材料的技术支持。我国陶瓷行业应该密切关注国际新型耐火材料发展的新动向，不断加大利用新型耐火材料的力度，使烧成阶段的节能工作登上新台阶，达到新水平。
