耐火材料厂设计(engineering design of refractory plant)

生产能满足冶金工业等部门高温条件下使用要求的耐火度不低于1580℃的无机非金属材料及其制品的工厂设计。耐火度是指耐火材料锥形体试样在无荷重情况下能抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。耐火材料是为高温技术服务的。广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、玻璃、水泥、陶瓷、动力、航天等工业领域，在冶金工业中用量最大，总产量中用于钢铁工业的占50％～60％，用于有色金属工业的占4％～5％。

耐火材料厂设计主要内容包括：耐火粘土及高铝矾土煅烧车间设计、粘土砖及高铝砖车间设计、硅砖车间设计、镁砂煅烧车间设计、镁质制品车间设计、白云石制品车间设计、连铸用耐火材料生产线设计、不定形耐火材料车间设计、轻质隔热耐火材料车间设计、耐火纤维制品车间设计、电熔耐火材料车间设计、碳化硅砖车间设计、耐火材料厂试验室设计和碳砖车间设计等。此外，还有冶金石灰车间设计。

各耐火材料厂的产品品种和生产条件不同，其车间组成也不相同。

耐火材料厂多数建在钢铁企业附近，也可以建在钢铁厂内作为所属的耐火材料厂，个别的耐火材料厂可建在靠近原料基地，为多数钢铁厂供应耐火材料。转炉炼钢用的炉衬砖生产车间可建在炼钢厂附近。冶金石灰车间主要为炼钢厂和烧结厂服务，可建在炼钢厂附近，也可建在耐火材料厂内。

耐火材料分类 耐火材料品种繁多。钢铁工业用耐火材料通常按化学特性或化学一矿物组成分类(见表)。

此外，按制品耐火度高低可以分为普通耐火材料(耐火度1580～1770℃)、高级耐火材料(耐火度1770～2000℃)和特殊耐火材料(耐火度大于2000℃)；按制品形狄和尺寸可以分为标型砖、普型砖、异型砖和特异型砖；按制造工艺和施工特点可以分为定形耐火材料和不定形耐火材料、烧成制品和不烧制品、熔铸砖等。20世纪50年代以来，出现了以耐火纤维材料为主的一系列耐火纤维制品，以适应节能的需要。

简史 耐火材料与高温技术相伴出现。古代使用杂质少的粘土烧成陶器，并已能用于铸造青铜器。也有使用天然耐火岩石(泡砂石等)经过简单加工或以粘土(单独的或与碳质材料混合的)夯打筑炉。19世纪上半叶，先后制成了粘土砖、硅砖用于炼铁炉和炼钢炉。20世纪上半叶，品种日益增多，研制出许多高级耐火材料。50年代以来，随着现代冶金工业、原子能、宇航技术的发展，又相继研制了特殊耐火材料。在中国，80年代以来，由于钢铁工业新技术不断涌现，含碳耐火材料和功能型耐火材料以及节能新品种材料有了迅速的发展。

从20世纪50年代以来，中国设计新建和改造的耐火材料厂和原料煅烧厂近百个。

设计规模和产品方案 根据市场调查的结果和拟建工厂选用装备的生产能力，并考虑发展的可能性，确定各品种车间的生产规模。

新建或改建、扩建钢铁联合企业中的耐火材料厂，其品种、规模要根据联合企业各部门的高温设施所需的各种耐火材料单位消耗(指每生产lt钢所消耗的耐火材料，以kg计)和钢铁生产能力来计算。除满足联合企业自身的需求外，还可考虑基本建设工程所需的品种和用量以及一部分商品外销量。

耐火材料厂的生产规模大多在年产1～20万t；二次精炼及连续铸钢用功能型耐火材料的生产车间(如透气砖、滑动水口砖和浸入式水口砖等)的生产规模，年产量只有几十吨到上千吨。

耐火材料厂应比钢铁厂提前建成，以便满足钢铁生产设备试运行的需要。

主要原料和燃料 生产耐火材料的原料种类繁多，包括有天然的大宗矿物类；经过精选提纯的和人工合成的，以及一定数量的结合剂、添加剂等。这些材料都要符合规定的技术指标和包装方式等要求。对于硅石、粘土、高铝矾土、菱镁石、白云石等大宗矿物原料，必须有可靠的矿山基地。矿山要与耐火材料厂同步建设。石墨、碳化硅、电熔镁砂、烧结刚玉(或电熔刚玉)等原料也必须有可靠的供应来源。

使用的主要燃料有焦炭、煤、重油和煤气等。烧制高纯原料或高纯制品应使用低灰分或无灰分的液体或气体燃料。

工艺流程产品种类甚多，工艺流程各异。其基本工艺流程见图1。

工艺流程应根据产品方案、生产规模、产品质量、技术装备、原料加工半工业试验报告或生产技术软件和实践经验等进行综合考虑后确定。

有些耐火材料制品(如镁白云石砖、滑动水口用的滑板砖等)烧成后还要在真空条件下浸渍沥青，进行表面处理和机械加工、干燥，才能包装出厂。对于外形要求严格的产品(如用于转炉炉底，RH真空处理装置和热风炉风口等)，为了提高用户复杂砌体的砌筑质量，提高耐火材料的使用寿命，在成品仓库内要考虑耐火砖的预砌筑或预安装组合。个别产品，如浸入式水口砖，在出厂前要逐块进行X射线无损探伤检查，录像存档。

除尘 耐火材料厂是多粉尘的作业场区，要有良好的除尘设施，使室内的空气含尘浓度和向室外排放的气体含尘浓度达到国家规定的标准。对于含游离SiO2大于10％的物料加工，室内空气允许的含尘浓度要低于2mg／m³，经除尘器净化后向室外排放的空气允许的含尘浓度要低于100mg／m³；对于含游离SiO2小于10％的物料加工，则分别为10mg／m³(水泥为6mg／m³)和150mg／m³。

主要设备 首先进行物料平衡计算。这种计算在设计过程中是以生产规模、产品方案、生产班制、生产流程和生产工艺参数为基础。根据各工序加工的物料量和主要设备的生产能力、作业率等因素，同时考虑满足不同品种生产线的种类和数量，计算应选用的设备数量。

根据生产工艺流程，主要设备有破碎、粉碎、配料、混练、成型、干燥和烧成设备。中国的成型设备以摩擦压砖机为主，70年代以来，陆续使用了公称压力为8000kN到20000kN的液压机，最高超过30000kN。烧成设备包括各种窑炉，烧成温度随制品而异，最高温度达1800 ℃。

车间组成与平面布置 大型综合性的耐火材料厂一般由原料仓库、各主要生产车间及辅助和公用设施组成。原料煅烧车间宜设置在原料矿山，但也有个别设置在大型耐火材料厂内。主要生产车间要根据所需的产品品种相应设置。辅助和公用设施主要包括厂试验室或检验室、动力、机修以及除尘设备维修等，有的厂还建有煤气发生站、煤粉制备间或重油库等。

耐火材料厂总平面图见图2。

发展趋势 耐火材料的生产和发展同冶金工业的发展密切相关。高温技术特别是钢铁冶炼技术的发展，将继续促进耐火材料工业的进步，而耐火材料品种的扩大、质量的提高，又为冶金工业的发展提供了重要条件。炼铁、炼钢炉和有色金属冶金炉炉衬使用寿命的延长，连续铸钢比率的提高，钢水二次精炼和净化(包括使用CaO质制品)技术的发展，都对耐火材料提出了许多严格要求。因此，全面提高耐火材料的质量，重点开发新品种和优质制品仍是今后发展的主要方向。

含碳和高纯耐火制品包括非氧化物等优质产品将继续扩大其应用范围。在耐火材料生产中，混合与成型技术还要进一步提高，以促进不烧耐火制品的发展，节约能源。工厂设计和建设要考虑产品的不断更新换代，在生产上要具有应变的能力。