耐火材料是硅酸鹽學(xué)科的一個(gè)分支，硅酸鹽材料一般分為水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料。耐火材料根據(jù)應(yīng)用的行業(yè)可分為：冶金工業(yè)用耐火材料、水泥行業(yè)用耐火材料、玻璃行業(yè)用耐火材料和其它耐火材料。建筑衛(wèi)生陶瓷所使用的耐火材料應(yīng)屬于其它用耐火材料。從理論上，耐火材料又分為定型耐火材料和不定型耐火材料。一般不定型耐火材料多用于水泥、冶金窯爐，在玻璃行業(yè)和陶瓷行業(yè)用量不大，因而我們?cè)诖瞬挥懻?，但要?qiáng)調(diào)的是，不定型耐火材料尤其是耐火骨料、耐火澆注料和耐火材料的膠凝劑等對(duì)部分陶瓷窯爐的施工起到不可估量的作用。
　　1　建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)用耐火材料的組成體系
　　建筑衛(wèi)生陶瓷包括建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、原輔材料（釉料、熔塊、色釉料等），其所使用的耐火材料千差萬(wàn)別，有效地歸類這些耐火材料，從而進(jìn)行討論很有必要。通常，我們不固定的區(qū)分窯爐，而是從耐火材料的材質(zhì)方面進(jìn)行討論，筆者遵循這一原則來(lái)進(jìn)行建筑衛(wèi)生陶瓷用耐火材料的討論。
　　建筑衛(wèi)生陶瓷用耐火材料分為窯爐用耐火材料、窯車用耐火材料及其它耐火材料。窯爐用耐火材料包括窯爐的墻體和萱頂，一般分為內(nèi)外3層，內(nèi)層為輕質(zhì)保溫棉、氈、板等；中層為重質(zhì)或輕質(zhì)保溫磚，外層以紅磚或低溫保溫磚為主。內(nèi)層的輕質(zhì)保溫層近年來(lái)發(fā)展比較迅速，以低溫莫來(lái)石纖維為主，兼顧了高溫莫來(lái)石纖維、高鋁莫來(lái)石纖維、含鋯莫來(lái)石纖維等，溫度從1200～1　600℃的各個(gè)體系。纖維制成工藝采用了拉絲、甩絲、噴吹等工藝。內(nèi)層也可使用輕質(zhì)莫來(lái)石、高鋁等輕質(zhì)磚或者板，以輕質(zhì)氧化鋁、莫來(lái)石等空心球磚為主體。中層的重質(zhì)材料仍然采用低鋁高硅、高鋁低硅、莫來(lái)石與堇青石、焦寶石與莫來(lái)石等材料制成的重質(zhì)材料為主。外層的低溫耐火材料主要以鋁礬土、焦寶石、粘土等制作而成，相對(duì)鋁含量偏低，耐溫性能較差但價(jià)格較低。
　　窯車用耐火材料可分為窯車面、窯車支架、承燒板、匣缽等，除過組成窯車的基本架構(gòu)面材料外，其余的材料統(tǒng)稱為窯具材料。窯車用耐火材料與窯爐的墻體材料基本相同。窯具材料根據(jù)其使用用途不同可分為莫來(lái)石、高鋁莫來(lái)石、堇青石、莫來(lái)石－堇青石、SiC、氧化物結(jié)合碳化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅等。在現(xiàn)代陶瓷窯爐不能忽視的是在輥道窯上使用的陶瓷輥棒，它使用的材料有氧化鋁質(zhì)、石英質(zhì)、氮化硅質(zhì)、滲硅碳化硅質(zhì)、重結(jié)晶碳化硅質(zhì)、氮化硅結(jié)合碳化硅質(zhì)等。建筑衛(wèi)生陶瓷輥道窯用輥棒以高鋁質(zhì)為主。
　　2　各類耐火材料的發(fā)展過程和現(xiàn)狀分析
　　2.1　輕質(zhì)耐火材料
　　輕質(zhì)耐火材料是指氣孔率高、體積密度小、熱導(dǎo)率低的耐火材料。在工業(yè)窯爐和其他熱工設(shè)備上用作隔熱材料。與一般耐火磚相比較，輕質(zhì)耐火材料具有抗渣蝕性、力學(xué)強(qiáng)度、耐磨損性較差，高溫下體積收縮較大等特點(diǎn)，其分類方法如下：
　　1）按體積密度分類。體積密度為0.3～1.3g／cm3的稱作輕質(zhì)耐火磚，低于0.3g／cm3的則為超輕質(zhì)耐火磚。
　　2）按使用溫度分類。使用溫度為600～900℃稱為低溫隔熱材料，900～1200℃為中溫隔熱材料，超過1200℃為高溫隔熱材料。
　　3）按制品形狀分類。定形的輕質(zhì)耐火磚包括：粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、硅質(zhì)以及某些純氧化物輕質(zhì)磚等；不定形輕質(zhì)耐火材料包括：輕質(zhì)耐火混凝土等。
　　輕質(zhì)耐火材料具有質(zhì)量輕、施工方便等特點(diǎn)，因而在現(xiàn)代陶瓷窯爐中應(yīng)用最為廣泛。建筑衛(wèi)生陶瓷用隧道窯、輥道窯和其它陶瓷行業(yè)常用的推板窯等一些長(zhǎng)形窯爐，由于有預(yù)熱帶、燒成帶、保溫帶、冷卻帶等工段，根據(jù)不同工段的不同溫度合理使用輕質(zhì)耐火材料對(duì)窯爐的節(jié)能尤為重要。
　　近幾年，輕質(zhì)莫來(lái)石磚、高鋁莫來(lái)石磚、莫來(lái)石纖維和高鋁莫來(lái)石纖維等輕質(zhì)耐火材料發(fā)展較快，為建筑衛(wèi)生陶瓷的窯爐節(jié)能提供了必要的材料保障。
　　輕質(zhì)耐火材料的產(chǎn)品最早以輕質(zhì)粘土磚為主，由于耐溫性能有限，只能在承燒溫度比較低的窯爐內(nèi)使用。自20世紀(jì)90年代后期，莫來(lái)石、氧化鋁熔融噴吹技術(shù)逐漸成熟從而開發(fā)了空心球磚。近年來(lái)，隨著耐火材料發(fā)泡工藝的日益成熟又開發(fā)了發(fā)泡型輕質(zhì)耐火材料，使耐火材料的熱導(dǎo)率大為降低，形成了隔熱性輕質(zhì)耐火材料。21世紀(jì)初，耐火纖維技術(shù)迅速發(fā)展，耐火纖維的壓成板、氈等定型材料工藝逐步完善且耐火纖維的溫度不斷提高，形成了目前的耐火纖維隔熱材料系列產(chǎn)品。
　　2.2　重質(zhì)耐火材料
　　重質(zhì)耐火保溫磚主要有：
　　1）酸性磚：硅磚（SiO2）、耐火粘土磚（SiO2＋Al2O3）。
　　2）中性磚：高鋁磚、鉻磚（Cr2O3＋Al2O3，MgO，F(xiàn)eO）。
　　3）堿性磚：鎂磚、鉻鎂磚、白云石磚。
　?。矗┨胤N磚：尖晶石磚、鋯英石磚、氧化鋯磚、碳磚、碳化硅磚、其它磚。
　　陶瓷窯爐最早使用的耐火材料以重質(zhì)磚為主，隨著輕質(zhì)隔熱耐火材料的不斷發(fā)展完善，重質(zhì)磚在建筑衛(wèi)生陶瓷用隧道窯、軌道窯等除有特殊需求外不再使用。而在耐腐蝕的窯爐如熔塊窯、燒制色料的梭式窯、回轉(zhuǎn)窯等領(lǐng)域仍然使用重質(zhì)耐火材料。使用其目的是為了不掉渣、抗腐蝕強(qiáng)度好，特別是熔塊窯，物料直接和耐火材料接觸，更應(yīng)該謹(jǐn)慎選擇重質(zhì)耐火材料，尤其是對(duì)材質(zhì)、密度和導(dǎo)熱系數(shù)等因素進(jìn)行選擇。這類窯爐的特點(diǎn)與隧道窯、軌道窯相反，一般重質(zhì)耐火材料在內(nèi)層而重質(zhì)耐火材料和保溫材料在中外層。
　　重質(zhì)耐火材料的發(fā)展是隨著我國(guó)的冶金工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。第一次大力發(fā)展起始于20世紀(jì)50年代，得益于前蘇聯(lián)對(duì)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的扶持；第二次發(fā)展是在20世紀(jì)90年代，隨著改革開放和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的繁榮，我國(guó)的鋼鐵企業(yè)迅速發(fā)展和其它冶金的進(jìn)步重質(zhì)耐火材料也得到了高速發(fā)展。陶瓷窯爐用重質(zhì)耐火材料與玻璃工業(yè)類似，主要以酸性磚、中性磚和部分特種磚為主，選磚主要是根據(jù)窯爐的燒成溫度、氣氛和熔融材料的腐蝕性、酸堿性等決定。
　　2.3　窯具材料
　　建筑衛(wèi)生陶瓷窯爐所用窯具包括：墊具、支撐柱、墊板、匣缽、承燒板和其它品種，在隔焰燒成時(shí)還有隔焰板。自20世紀(jì)８0年代，隨著窯爐的革新，能源的變化，明焰裸燒技術(shù)的運(yùn)用，窯具也隨之變化。碳化硅板為四方形，其面積大小根據(jù)窯形而定，為坯胎明燒窯具，20世紀(jì)８0年代初開始使用。莫來(lái)石板有四方形和圓形、橢圓形等，耐火平板為坯胎裸燒窯具。三足墊板是由匣缽演化而成，因匣缽圓形有墻，三足墊板無(wú)墻，缽底有3個(gè)足而得名，為明火裸燒墊具。層梯缽用于碳化硅制作，呈梯狀，一般分10層，為瓷板類燒成窯具。堇青石耐火平板是裸燒窯具。燒成匣缽有碳化硅匣缽、硅線石粘土匣缽、耐火粘土匣缽。支柱又名墊腳，俗稱狗腳，用碳化硅制成，作碳化硅板墊層支柱。
　　現(xiàn)代建筑衛(wèi)生陶瓷用耐火窯具形成了以下兩大體系：
　　1）以堇青石、莫來(lái)石形成的體系，有堇青石材質(zhì)、高鋁莫來(lái)石材質(zhì)、堇青石－莫來(lái)石質(zhì)、硅線石－莫來(lái)石質(zhì)、紅柱石－莫來(lái)石質(zhì)等，使用最多的是堇青石－莫來(lái)石質(zhì)。我國(guó)目前有南、北、中3個(gè)重要的生產(chǎn)基地，南方以廣東揭陽(yáng)市熱金寶特種耐火材料有限公司為龍頭使用半干法壓制、壓力注漿、可塑法壓制、高壓真空擠出成形等工藝生產(chǎn)各種形狀的“高晶體結(jié)構(gòu)堇青石－莫來(lái)石”制品。該公司是世界上產(chǎn)品品種最為齊全的窯具制造商之一。中部以中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司為代表生產(chǎn)包括煉鋼、煉鐵、煉鋁、電力、環(huán)保、石油、玻璃與陶瓷等全系列耐火材料，涵蓋了堇青石－莫來(lái)石、莫來(lái)石、剛玉－莫來(lái)石、碳化硅、氮化硅－碳化硅、塞?。蓟璧纫幌盗懈G具材料。同時(shí)中鋼洛耐院也是我國(guó)耐火材料的大型研發(fā)機(jī)構(gòu)，是國(guó)資委管轄的重要央企之一。北方以北京創(chuàng)導(dǎo)工業(yè)陶瓷有限公司為主，該公司主要生產(chǎn)堇青石－莫來(lái)石材料。其主要產(chǎn)品有：耐火窯具、窯體結(jié)構(gòu)材料、輕量低蓄熱窯車及其它精細(xì)耐火材料和工業(yè)陶瓷制品，廣泛應(yīng)用于陶瓷工業(yè)、磚瓦工業(yè)、微晶石材工業(yè)、粉末冶金、磁性材料、新能源產(chǎn)業(yè)、食品工業(yè)、玻璃制品工業(yè)、磨具工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、探礦工業(yè)和航天工程等領(lǐng)域。
　　2）碳化硅系列窯具，作為窯具用SiC材料都是多孔質(zhì)的，顯氣孔率達(dá)15％～20％。SiC窯具根據(jù)結(jié)合劑的不同分為粘土結(jié)合，氧化物結(jié)合，碳化硅結(jié)合和再結(jié)晶。
　　建筑衛(wèi)生陶瓷用SiC窯具以氧化物結(jié)合碳化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅為主，日用陶瓷部分用粘土結(jié)合碳化硅、色料梭式窯、部分推板窯用粘土結(jié)合碳化硅。我國(guó)碳化硅窯具的生產(chǎn)基地很多，其中宜興、邯鄲、九江、洛陽(yáng)均有很多生產(chǎn)企業(yè)，品種多樣。目前陶瓷窯爐使用較多的是宜興產(chǎn)和九江產(chǎn)碳化硅板材，立柱等結(jié)構(gòu)件各地都有生產(chǎn)。
　　2.４　陶瓷輥棒
　　陶瓷輥棒的材質(zhì)有碳化硅質(zhì)、石英質(zhì)、氧化鋁質(zhì)等，分別用在不同的領(lǐng)域。建筑衛(wèi)生陶瓷輥道窯一般使用高鋁質(zhì)陶瓷輥棒。目前國(guó)內(nèi)陶瓷輥棒生產(chǎn)工藝比較成熟，基本上采用擠出與等靜壓結(jié)合的成形工藝，燒成在平頂梭式窯中吊燒，燒成方法類似于電瓷產(chǎn)品的燒成。高鋁質(zhì)陶瓷輥棒分為細(xì)輥和粗輥，產(chǎn)品規(guī)格從25～８0ｍｍ不等，長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)４８00ｍｍ，廣泛用于內(nèi)墻磚、釉面磚、地板磚、仿古磚、玻化磚、外墻磚、滲化磚、廣場(chǎng)磚、日用陶瓷和衛(wèi)生陶瓷等。目前國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)陶瓷輥棒的企業(yè)有10多家，以佛山金剛、三英輥棒、宜興海登皇格較為突出，其中金剛輥棒和三英輥棒幾乎占據(jù)半壁江山，屬于該行業(yè)的超大型企業(yè)。
　　陶瓷輥棒性能要求：高溫耐火性能好、抗彎曲強(qiáng)度高、高溫荷載能力強(qiáng)、蠕變性小、抗震能力強(qiáng)、熱膨脹小等。輥棒外觀要求壁厚一致、同心度好、表面光潔、直線度好等。
　　3　耐火材料對(duì)建筑衛(wèi)生陶瓷節(jié)能的影響
　　耐火材料是保證陶瓷窯爐提高燒成效率和節(jié)約能源的最重要的輔助材料，正確的選擇和使用對(duì)于陶瓷生產(chǎn)企業(yè)十分重要。目前，國(guó)內(nèi)建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)面臨著從大到強(qiáng)質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程，在陶瓷同質(zhì)化嚴(yán)重、生產(chǎn)過剩等條件下，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)實(shí)行精細(xì)化管控、對(duì)能源消耗實(shí)行優(yōu)化配置、對(duì)環(huán)境污染整治得更好，則該企業(yè)的發(fā)展前景將更好。因此，優(yōu)化和配置耐火材料對(duì)企業(yè)的發(fā)展相當(dāng)重要。在這個(gè)優(yōu)化配置的過程中我們可以看到各種新型的耐火材料一直發(fā)揮著重要作用。因此必須重視和采用先進(jìn)工藝技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)耐火材料產(chǎn)品的質(zhì)量控制。
　　3.1　窯體耐火材料與窯車耐火材料的選擇
　　窯體耐火材料和窯車耐火材料的合理選擇就是陶瓷燒成過程中節(jié)能的一個(gè)方面，對(duì)于輥道窯、隧道窯來(lái)說(shuō)，由于窯爐分為預(yù)熱帶、燒成帶、保溫帶和冷卻帶，在預(yù)熱到可以根據(jù)溫度的變化曲線分區(qū)段選擇合理的耐火材料，而燒成帶和保溫帶在現(xiàn)在的陶瓷窯爐，燒成中統(tǒng)稱為燒成帶，這一階段是陶瓷窯爐溫度最高，散熱最大的階段，所以在耐火材料的選擇上尤其重要。
　　窯體與窯車耐火材料的選擇原則是本著保溫節(jié)能的目的進(jìn)行，根據(jù)窯爐情況的不同兼顧耐火材料的強(qiáng)度、耐腐蝕性和其他化學(xué)性能。一般情況下，使用新型耐火材料如硅酸鋁纖維和高鋁纖維制成的板、氈做內(nèi)部保溫比較好，其它輕質(zhì)耐火材料作為輔助。陶瓷纖維依據(jù)安全工作溫度（連續(xù)使用溫度）分為：普通型陶瓷纖維毯、標(biāo)準(zhǔn)型陶瓷纖維毯、高純型陶瓷纖維毯、高鋁型陶瓷纖維毯、含鋯型陶瓷纖維毯，這些產(chǎn)品應(yīng)用于窯爐窯體的不同部位。隧道窯和輥道窯的窯車在窯內(nèi)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此隨著時(shí)間和位置的變化，窯車襯磚蓄積的熱量以及向車下散失的熱量也在改變。窯車的蓄熱和散熱在隨著窯車的移動(dòng)不斷變化，故應(yīng)選擇蓄積熱量小，體積密度小、熱容量小、導(dǎo)熱系數(shù)小的輕質(zhì)保溫耐火材料。選擇這類材料不但有助于降低窯內(nèi)上下溫差，利于制品的均勻焙燒，而且還可減少向窯車下散熱，降低窯車金屬部件和車下溫度。窯車襯磚的表面和四周，因接觸高溫和承受荷重，并且經(jīng)周期性的溫度變化，故這些部位材料應(yīng)能承受高溫荷重和耐冷、急熱變化。在滿足上述條件下，應(yīng)盡量采用保溫性能好的材料。窯爐的保溫性能越好，散熱越少，窯爐的熱利用率就越高，節(jié)能效果就越好。
　　3.2　窯具材料的選擇
　　窯具是一種在燒制陶瓷或者其他材料的過程中，對(duì)所燒制的材料起到保護(hù)和支持作用的工具，能夠保證材料在燒制過程中的質(zhì)量和完整性，因?yàn)楦G具的質(zhì)量會(huì)影響到大批量的需要經(jīng)過燒制工序的產(chǎn)品的質(zhì)量，所以，窯具在材料的選擇上要謹(jǐn)慎。
　　1）材料要耐高溫，因?yàn)闊G要長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，所以不僅耐高溫并且有較強(qiáng)的抗熱疲勞性能。
　　2）材料應(yīng)具備穩(wěn)定性和抗震性，有利于燒制過程中保持產(chǎn)品的平穩(wěn)，還要有較好的稱重能力，能夠承受產(chǎn)品的重量。
　　3）材料要具備高傳熱性能，能夠快速傳熱。
　　４）窯具材料要求盡量為低蓄熱材料，以免造成能源浪費(fèi)。
　　目前，國(guó)內(nèi)外概括起來(lái)窯具的材料主要有：鎂鋁硅系材料、SiC系材料及其他新型窯具。
　　1）鎂鋁硅系材料包括半堇青石、粘土、粘土－堇青石、堇青石－莫來(lái)石質(zhì)等。此系列材料的窯具主要成分為Al2O3、MgO和SiO2，在氧化氣氛下的最高使用溫度可達(dá)到1　300℃左右，能滿足大多數(shù)陶瓷制品的燒成要求；同時(shí)其膨脹系數(shù)低、熱震穩(wěn)定性好、而且價(jià)格較便宜，因此是現(xiàn)代陶瓷工業(yè)用量最大的窯具。
　　2）SiC系材料由于強(qiáng)度高，熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)低，耐熱沖擊性好，適用于各種使用條件苛刻的環(huán)境。
　　這類窯具的使用溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它類型窯具，使用溫度在1　300℃以上，但一般情況下小于1　600℃。目前，國(guó)內(nèi)制造碳化硅窯具一般以粘土、硅微粉、氮化硅粉或硅粉與碳化硅結(jié)合，形成不同品種的SiC窯具。
　　3）新型窯具主要有：堇青石－鈦酸鋁質(zhì)、堇青石－氧化鋯質(zhì)、鈦酸鋁－莫來(lái)石質(zhì)、重結(jié)晶SiC質(zhì)、滲硅SiC質(zhì)等。這類窯具承燒溫度較高，最高的可達(dá)2　200℃以上，主要應(yīng)用于特種行業(yè)。
　　建筑衛(wèi)生陶瓷節(jié)能減排的關(guān)鍵在于窯爐的節(jié)能，而窯爐技術(shù)的革新，則要從窯爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、燒成技術(shù)的創(chuàng)新、合理選用噴槍、余熱回收利用、大范圍采用自動(dòng)控制技術(shù)，以及研發(fā)更先進(jìn)的保溫材料和涂層技術(shù)等方面進(jìn)行，正確地選擇窯爐耐火材料和窯車的窯具材料是窯爐實(shí)現(xiàn)節(jié)能的第一步也是最重要的一步。隨著高性能耐火材料和保溫材料的發(fā)展，窯爐耐火材料的可選擇范圍越來(lái)越廣，根據(jù)不同窯爐選擇適合的耐火材料對(duì)窯爐的節(jié)能效果影響深遠(yuǎn)。