水泥窯用耐火材料是為滿足水泥企業(yè)的需求而生產(chǎn)的。一方面，水泥窯用耐火材料的發(fā)展受到耐火材料及其科技進(jìn)步的推動;另一方面，水泥窯用耐火材料的發(fā)展也受水泥行業(yè)需求的拉動。為了更好地選擇耐火材料，或更好地研發(fā)耐火材料，都需要了解這種技術(shù)-市場的互動機(jī)制。
耐火材料的技術(shù)進(jìn)步
一、原料高純化
耐火材料的科技進(jìn)步是從原料高純化開始的。圖3-1顯示了1945?1970年鎂砂純度的變化。
耐火材料工藝常識表明：提高純度、降低雜質(zhì)的含量是提高耐火材料的質(zhì)量最有效的手段之一。以鎂砂為例，鎂砂中的SiO2產(chǎn)生的低熔物易于浸潤方鎂石晶界，妨礙方鎂石晶粒之間的結(jié)合，從而損害材料的高溫性能和抗侵蝕性。科技人員通過從海水中提取氧化鎂，或?qū)ふ腋咂肺坏牡V產(chǎn)、揀選礦石、風(fēng)選、水選和電熔富集等種種手段提高了原料的純度.并通過調(diào)整鈣硅比值進(jìn)一步提高了原料的耐火性能。鎂砂的純度提高、高品位鎂砂的出現(xiàn)為鎂質(zhì)耐火材料制品性能的提高和新型鎂質(zhì)耐火材料的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。接著，“三高”技術(shù)即采用高純原料、高壓成型和高溫?zé)傻哪突鸩牧现圃旒夹g(shù)出現(xiàn)。高純減少了影響耐火材料性能的有害組分;高壓產(chǎn)生了致密的結(jié)構(gòu);高溫產(chǎn)生了堅固而穩(wěn)定的結(jié)合。采用這些技術(shù)后，耐火材料的性能顯著提高，使用壽命明顯延長。耐火材料的工藝進(jìn)入了現(xiàn)代階段。
二、材質(zhì)復(fù)合化
原料高純化的同時，材質(zhì)復(fù)合化也在緊鑼密鼓地進(jìn)行。復(fù)合就是在單一耐火原料中添加其他耐火物質(zhì)，通過取長補(bǔ)短開發(fā)出新的耐火材料。復(fù)合包括氧化物之間、非氧化物之間以及氧化物與非氧化物之間的復(fù)合。
以水泥窯高溫帶用耐火材料為例，由圖3-2可知，20世紀(jì)50年代以前都是采用單一耐火原料制造的，50年代以后都采用了復(fù)合工藝。幾十年來，科技人員對有價值的耐火材料系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，許多復(fù)相耐火材料被開發(fā)。例如：水泥工業(yè)用直接結(jié)合鎂鉻磚、鎂鋁尖晶石磚、鐵鋁尖晶石磚、鎂白云石鋯磚、抗剝落高鋁磚、硅莫磚(碳化硅-莫來石材料);玻璃工業(yè)用燒結(jié)AZS磚、α-β氧化鋁磚、鎂鋯磚(MgO-ZrO2-SiO2系材料);陶瓷工業(yè)用堇青石-莫來石制品、氮化物結(jié)合碳化硅制品等。除大量摻加其他種物質(zhì)制成復(fù)合耐火材料之外，還摻加少量特殊添加劑，改善了眾多耐火材料的性能。
三、工藝自動化
計算機(jī)控制技術(shù)在完成精確、快速的控制，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)、低耗、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，改善勞動條件，提高經(jīng)濟(jì)效益等方面，都發(fā)揮著重要的作用。
我國耐火材料和國外產(chǎn)品的差距主要表現(xiàn)在國產(chǎn)材料的批量穩(wěn)定性差。要解決這一問題，就必須大量采用先進(jìn)裝備和自動化技術(shù)。例如，發(fā)達(dá)國家的耐火材料企業(yè)早已廣泛采用了自控技術(shù)。近年來，我國一些耐火材料企業(yè)也認(rèn)識到了裝備的重要性，也逐步采用一些先進(jìn)的裝備。例如，河南瑞泰花費(fèi)巨資購入大量先進(jìn)裝備，其中包括自動化配料和進(jìn)口Laeis2000t全自動液壓壓磚機(jī)。該壓機(jī)采用整體計算機(jī)程序控制，實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)過程，一次性多面加壓成型產(chǎn)品，采用紅外質(zhì)檢，可消除生產(chǎn)過程中人為因素的影響，特別是使磚坯避免了隱蔽性的層裂，提升了產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度，使所制產(chǎn)品更加穩(wěn)定可靠，能夠滿足高端客戶的需求。
目前，國內(nèi)大多數(shù)耐火材料企業(yè)裝備水平不高，配料和燒成還沒有實現(xiàn)自動化，成形還使用普通摩擦壓磚機(jī)，這些狀況都迫切需要進(jìn)行改進(jìn)。
四、耐火材料技術(shù)進(jìn)步的影響
隨著技術(shù)進(jìn)步，耐火材料使用壽命的延長，單位消耗逐漸降低。幾十年來，煉鋼的耐火材料消耗已從50kg/t降低至10kg/t以下。圖3-3顯示了美國耐火材料產(chǎn)量和價格的變化。
耐火材料單耗的不斷降低導(dǎo)致耐火材料市場日漸萎縮。在西方國家，耐火材料行業(yè)對年輕一代已經(jīng)沒有吸引力，一些人認(rèn)為耐火材料工業(yè)是夕陽產(chǎn)業(yè)，耐火材料技術(shù)也已經(jīng)走到盡頭。
國際耐火材料行業(yè)的變革
一、企業(yè)大型化
隨著耐火材料需求的減少，發(fā)達(dá)國家的耐火材料企業(yè)之間展開了激烈而殘酷的競爭。低效率者被逐漸淘汰，高效率者才能生存。其中，企業(yè)大型化是一個提高效率的好辦法。
企業(yè)大型化可以提高開發(fā)新產(chǎn)品的能力。企業(yè)合并之后，有利于避免重復(fù)研究，有利于分享知識、經(jīng)驗和技術(shù)訣竅，進(jìn)行技術(shù)交流，集中優(yōu)勢力量進(jìn)行攻關(guān)，并有利于建設(shè)一支人才齊全的科研隊伍。
企業(yè)大型化可以提高質(zhì)量。例如，采礦、原料、制品企業(yè)合并之后，可以實現(xiàn)從礦山到最終產(chǎn)品的全過程控制。這樣，就為穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量創(chuàng)造了良好條件。
企業(yè)大型化可以提高市場地位。合并之后，原來互不聯(lián)系的各家企業(yè)，可以集中購買大宗的原料和燃料;原來互相對立的各方自然聯(lián)合成一家與耐火材料的需方進(jìn)行談判。這樣，十分有利于降低運(yùn)營成本和減少惡性競爭。
企業(yè)大型化不僅可通過正常辦法來降低成本、提高質(zhì)量和開發(fā)新產(chǎn)品，還有利于實施特殊手段主導(dǎo)市場和擊敗各個弱小的對手。進(jìn)而，一些耐火材料跨國公司的規(guī)模越變越大。
二、市場全球化
企業(yè)大型化、市場全球化是一對“孿生兄弟”。為了維持巨大的產(chǎn)能，跨國公司需要獲得原料和市場。為了獲得原料和市場，就需要將觸角伸向世界每一個有價值的角落。我國耐火原料豐富、市場容量大、勞動力成本低、投資環(huán)境好，這些就是國外公司一個接一個進(jìn)駐我國的原因。
我國是世界上最大的耐火原料生產(chǎn)國。中國的菱鎂礦和晶質(zhì)石墨儲量世界第一。多年來，我國高鋁磯土出口量也位居世界前列。所以，在我國生產(chǎn)耐火材料有利于就地解決原料問題。
我國是世界上最大的鋼鐵、建材生產(chǎn)國。所以，在我國生產(chǎn)耐火材料有利于就地解決產(chǎn)品的銷售問題。
我國的勞動力費(fèi)用低，耐火材料又是勞動密集型產(chǎn)品。所以，在我國生產(chǎn)耐火材料還有利于降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。
我國近來發(fā)展較快，對外資給予了很大的優(yōu)惠政策，大力投資，改善了交通、通訊、能源供給和服務(wù)業(yè)等基礎(chǔ)條件。這樣，就為外商的入駐提供了良好的環(huán)境。
跨國公司的大量入駐，改變了耐火材料行業(yè)的結(jié)構(gòu)，引起了激烈的競爭，但也加速了我國耐火材料的現(xiàn)代化進(jìn)程。我國加入世界貿(mào)易組織以后，一些中資耐火材料企業(yè)學(xué)會了“與狼共舞”的本領(lǐng)，具備了“虎口奪食”的能力。這些企業(yè)不僅在本土頂住了外資企業(yè)的沖擊，而且還大舉反攻海外市場。目前，中資耐火材料企業(yè)已成為國際市場上一支舉足輕重的力量。
水泥窯用耐火材料的起步
最早，我國水泥回轉(zhuǎn)窯使用由鋼鐵系統(tǒng)提供的黏土磚和三級高鋁磚。由于條塊分割和以鋼為綱，水泥行業(yè)耐火材料的供應(yīng)難以得到保證。
1964年，中國建筑材料科學(xué)研究院(原建筑材料科學(xué)研究院)研制了低鈣鋁酸鹽耐火混凝土砌塊。砌塊以一級高鋁礬土熟料和低鈣鋁酸鹽水泥為原料，經(jīng)成型、養(yǎng)護(hù)、烘干制成。該砌塊在水泥回轉(zhuǎn)窯可運(yùn)行100d左右，使用壽命不低于原有材料，有時還有所提高。砌塊所用礬土集料和低鈣鋁酸鹽水泥在上海水泥廠生產(chǎn)。砌塊本身由水泥廠自行制作。由于不需要向國家申請從外系統(tǒng)調(diào)撥耐火材料，解決了水泥工業(yè)生產(chǎn)的急需。
1973年，建筑材料科學(xué)研究院開始研制磷酸鹽結(jié)合高鋁磚(以下簡稱磷酸鹽磚)、磷酸鹽結(jié)合高鋁質(zhì)耐磨磚(以下簡稱耐磨磚)、水玻璃結(jié)合鎂磚和聚磷酸鈉結(jié)合鎂磚，試制產(chǎn)品獲得了良好使用效果，大幅提高了水泥回轉(zhuǎn)窯的壽命。
磷酸鹽磚用于傳統(tǒng)水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶和冷卻帶可以保證獲得半年以上壽命。得不到鎂質(zhì)耐火材料供應(yīng)時，磷酸鹽磚用于燒成帶可以使用100?200d，壽命比水泥磚或三級高鋁磚提高30%?100%。
耐磨磚用于傳統(tǒng)水泥回轉(zhuǎn)窯窯口、多筒冷卻機(jī)、單筒冷卻機(jī)，壽命比原來的黏土磚和三級高鋁磚提高1?6倍。
水玻璃鎂磚在大同水泥廠燒成帶經(jīng)3窯次試用獲得217d的平均壽命，較原用水泥磚82d提高1.6倍;用于過渡帶可達(dá)400d，比原用三級高鋁磚增加4倍。
建筑材料科學(xué)研究院研制的聚磷酸鈉鎂磚在哈爾濱水泥廠使用了206d，原用磷酸鹽磚的壽命最長僅67d;在唐山422水泥廠燒成帶使用175d，原用水泥磚壽命95d。
1978年，建筑材料科學(xué)研究院與江山水泥廠合作進(jìn)行了鎂磚的同窯對比試驗。試驗共使用了四種鎂質(zhì)耐火材料：普通鎂鉻磚、普通鎂鋁磚、聚磷酸鈉結(jié)合鎂磚、水玻璃鎂磚。試驗中，四種耐火材料各砌窯體圓周的1/4。通過精心控制生產(chǎn)條件，江山水泥廠在兩窯次的試驗中分別取得了窯襯壽命401d和463d的壽命，創(chuàng)造了當(dāng)時的全國紀(jì)錄，一時傳為佳話。
試驗結(jié)果表明：兩種燒成磚(鎂鉻磚和鎂鋁磚)的使用效果比兩種不燒磚(聚磷酸鈉結(jié)合鎂磚和水玻璃結(jié)合鎂磚)稍好。燒成磚中，鎂鉻磚的使用效果又要優(yōu)于鎂鋁磚。改革開放后，我國建設(shè)了大批高溫隧道窯，燒結(jié)鎂鉻質(zhì)耐火材料就成為水泥窯燒成帶的主體窯襯，這一做法一直延續(xù)至今。
水泥窯用磷酸鹽結(jié)合高鋁磚、磷酸鹽結(jié)合耐磨磚、水玻璃結(jié)合鎂磚、聚磷酸鈉結(jié)合鎂磚的研制有力地支持了水泥工業(yè)的發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。首先，這四種磚都是不燒耐火材料，不需使用當(dāng)時稀缺的高溫設(shè)備就可滿足水泥行業(yè)的發(fā)展需求。其次，提高了水泥回轉(zhuǎn)窯襯壽命，為水泥企業(yè)增產(chǎn)節(jié)能、提髙經(jīng)濟(jì)效益做出了突出貢獻(xiàn)。例如，山西大同水泥廠使用水玻璃結(jié)合鎂磚后，取得了驕人業(yè)績：全窯磚耗減少1/3,水泥回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率提髙4%，水泥回轉(zhuǎn)窯的臺時產(chǎn)量提高5%,全廠熟料總產(chǎn)量增加達(dá)10%之多!
