我国耐火材料科学研究中的重要问题

　　要确立我国耐火材料的强国地位以及技术上的领先水平，在今后的耐火材料科研工作中下面三方面的问题值得重视。
　　一、实现可持续发展的研究
　　“可持续发展”是世界各国经济发展的重要问题。在耐火材料行业可做的工作很多，主要包括资源与能源的最有效利用；废物的利用与耐火材料的循环使用等。
　　1、耐火材料矿产资源的综合利用
　　经过几十年的无序开采与不当利用，我国耐火材料资源浪费严重，耐火材料矿产资源的矛盾已经比较突出。
就铝硅系资源而言，由于选择优质矿产，采用落后的开采与煅烧技术，低价位出口，矿产资源破坏比较严重。我国高铝矾土质量的稳定性问题依然没有解决，与铝工业争原料的情况日益严重。大量的二、三级矾土被浪费掉，只有用　　　　　　　二、三级矾土制备莫莱石取得成功，目前大约已形成10万-30万t的产量，而且还在继续增加中。
　　今后我国铝硅系耐火材料原料的发展应该遵循可持续发展的原则，提高材料的利用率与利用效率。技术发展有两条路可走：一条是走我们过去走过的老路，即选矿提纯与均化的路，事实证明，这条路在经济与效率上问题较大。另一条路可能会在耐火材料界引起很大争论，那就是让出特级及一级铝矾土给铝工业，我们则转而利用铝工业生产的氧化铝以及由二、三级矾土所生产的莫莱石为原料来制备铝硅系耐火材料。这一条技术路线的理由有两个：（1）铝工业中生产氧化铝的技术是一个成熟的、大规模的生产技术，而矾土的选矿提纯技术相对而言要不成熟很多。（2）采用工业氧化铝为原料可以减少杂质含量，实现精料化，生产得到的铝硅系耐火材料的质量提高，使用寿命延长，从而提高资源的利用效率。
　　此外，在铝硅系材料中，红柱石、硅线石与蓝晶石的研究也应加强。这方面过去进行过一些工作，但如何使不同品质的这类材料得到综合利用还有待加强。
　　就碱性材料而言，为了满足镁碳砖等优质耐火材料的需要，高纯度优质菱镁矿的资源已经越来越少，而大量质量尚好的菱镁矿及粉矿被大量堆放不用,这造成了资源的浪费。为了解决这一问题，有三方面的工作可以进行：（1）物尽其用，不追求高纯度、高质量。不同档次的产品采用不同的原料。同时，开展用低档次的原料生产高档次制品的研究。（2）开展资源综合利用的研究，将粉矿等被废弃的资源尽量利用起来。（3）发展白云石质耐火材料。由于我国优质白云石的分布很广，除了开展防水化研究外，还可考虑在钢厂附近就近生产，以减少水化带来的影响。
　　资源的综合利用是和科学研究工作紧密相联系的。只有当科研工作做到使综合利用变得有利可图时，综合利用才能真正实现。
　　2、耐火材料的回收利用
　　用后耐火材料的回收再利用近年来已受到广泛重视。欧洲耐火材料的回收利用情况如下：
　　钢铁公司中的耐火材料质量平衡：熔损33%，内部再利用25%，外部再利用37%，废气5%。
　　耐火材料质量总平衡：熔损33%，非耐火材料应用31%，耐火材料循环使用24%，废气12%。
　　可见，欧洲耐火材料的再生利用达到50%左右，被废弃的耐火材料是很低的。我国耐火材料的回收利用还有很多工作可做。现在江浙地区、宝钢及其附近地区工作做得较好。
　　耐火材料的回收利用包括两个方法：一个是将用后的耐火材料破碎后作为原料再利用，这里面包括有用与无用部分的分离技术，以及用这部分原料制造新耐火材料的制造技术；另一个是耐火材料部件，如滑板的修复再利用，包括修复技术及粘接技术等。
　　3、减少于防止对环境的污染
　　耐火材料本身对环境的污染并不严重。除了未利用的原料及用后耐火材料的堆放造成土地的荒漠化及大气灰尘外，近年来，最令人关心的铬污染。在一些发达国家中已禁止在水泥回转窑中使用镁铬耐火材料，作为替代品使用的尖晶石及白云石材料已经取得了较好的结果。在我国，有关研究及试用工作还在进行中。
　　在冶金行业中，特别是有色冶金工业中，镁铬材料仍然是重要的耐火材料产品。与水泥工业不同，在冶金工业中的含铬耐火材料不易直接转化为六价铬，对环境的污染可能会小一些。但是，原料与废砖长期露天堆放，同样会造成六价铬进入地下水系造成污染。在目前情况下，当务之急是加强废砖的保管与回收利用，同时积极开发替代产品的研究，这在有色冶金工业中尚有相当长的路要走。
　　二、几个值得注意的问题：
　　对整个人类及一个国家而言，资源的重复使用、可再生资源的利用是可持续发展的重要因素。对一个行业而言，除了上述因素以外还需要不断地出现新的思想才能实现可持续发展。以下几点值得我们去努力。
　　1、新的思路，开发新的材料体系
　　像将石墨引入耐火材料中一样，一个正确的新思路就会形成一个新的材料体系。近20多年我们尚未找到新的突破。
　　氧化物-氮化物复合材料已进行了近20年的工作，除了氮化硅结合碳化硅及氮化硅刚玉外，未见很有希望的应用前景。纳米粉末的应用仍处于初期阶段，而且应用范围有限。今后仍应加强基础研究及学科的交叉以寻求有效的新的思路。
　　2、注意耐火材料新功能的开发
　　近年来，耐火材料工业呈现萎缩现象，产量越来越小。这与耐火材料的功能单一、追求的目标单一有关。耐火材料在使用中的功能是抵抗高温和渣的侵蚀，追求的目标是长寿。结果是受命越来越长，产量越来越少。耐火材料要摆　　　脱这种困境必须开发新的功能。除长寿以外，还应追求新的目标。
　　例如，对冶金产品的净化作用。调整与控制液相的成分，让它在一定程度上参与冶金过程，就有可能对钢水的净化做出一定的贡献。此外，通过改变精炼用耐火材料部件（如透气砖、喷枪等）的结构来提高其冶金效果，也应属于这一范畴。
　　随着能源的紧张，节能是可持续发展的一个重要方面。能不能开发出一种既具有耐高温、抗侵蚀功能，又能有绝热节能功能的材料？
　　三、加强学科交叉  借鉴别的学科的新知识与成熟经验
　　许多耐火材料技术的发展都是学习了别的学科的经验与技术，如浇注料的许多技术和理论来自混凝土。最近一个值得提出的是应用有限元技术来计算耐火材料在使用条件下的温度与应力分布。热应力破坏是耐火材料损坏的两个主要因素之一。而对于耐火材料热应力的计算及热震稳定性的研究仍处于较初级阶段。近年来，由于有限元及计算机技术的发展，使得这种计算成为可能。国外这方面的工作做得较多，但多数情况下仍将耐火材料当成均质体来考虑，但实际上耐火材料是一个复杂的非均质、非线性材料。耐火材料在高温下的性质的相关数据也很缺乏。因此，真正要做到准确计算热应力，在计算技术及材料的性能上还有很长一段路要走。
　　此外，近年来材料设计中的一些其它新技术也应考虑如何应用于耐火材料上。