中国耐火材料工业装备：技术演进与发展趋势解析

伴随国内经济的蓬勃发展，中国的耐火材料工业在过去二十年间经历了跨越式的高速增长。这一进程不仅体现在产能与产品质量上，更深刻地反映在生产装备的技术革新与迭代之中。一系列新颖、高效的设备应运而生，重塑了从原料制备到成品烧成的整个工艺链。

一、原料制备：迈向精细化与精准化

原料是耐火材料性能的基石，其制备环节的设备水平直接决定了最终产品的品质。传统的管磨机、悬辊磨与振动磨等设备，正在被新一代技术所取代。

1. 细磨设备的变革

气流磨的出现，为微粉乃至超微粉产品的生产开辟了新路径。其核心原理是利用高压气体，通过拉瓦尔喷嘴将颗粒物料加速至超音速，在气流交汇点实现颗粒间的剧烈碰撞、摩擦与剪切，从而达到粉碎目的。整个系统由粉碎主机、分级器、收集器及引风机等组成，构成一个闭路循环。粉碎后的物料在分级涡轮产生的离心力场中被精确分离，不合格的粗颗粒返回继续粉碎，合格的微粉则被收集。在国内，已发展出水平圆盘式、循环管式、对喷式、流化床式及靶式等多种结构形式，以适应不同物料和产品的需求。

立式磨机，最初广泛应用于水泥熟料或煤粉的研磨，如今也越来越多地被耐火材料企业用于处理中高硬度的物料。一线用户的反馈表明，立式磨机兼具筒式磨机的运行可靠性与雷蒙磨的粒度可调性，其优势尤为突出：相较于前两者，可节电30%至50%，同时显著降低成品中的金属铁污染，并大幅减少运行噪音。

2. 配料称量设备的技术升级

配料的准确性是保证产品成分稳定性的关键。尽管配料车在结构上看似变化不大，但其控制技术已取得显著进步：

• 计量方式的飞跃：从传统的容积配料转向质量配料，极大地提升了配料精度。
• 定位精度的保障：引入激光对位技术，确保配料车在取料和放料点都能实现精准对接，提升了作业效率。
• 环保性能的优化：通过精确对位或集成车载布袋除尘器，实现了加排料过程的有效密封，既降低了车间的粉尘外逸，也减轻了主除尘系统的负荷。

现代的自动化配料车（单斗或双斗）静态精度可达1%，动态精度可达5%，并能与混合设备实现无缝联动，是提升整线自动化水平和生产效率的核心环节之一。

二、混合与成型：从经验驱动到科学控制

1. 混合设备：均化与效率的平衡

耐火材料生产中的混合分为预混和主混（混练）两个阶段。预混设备，如螺旋锥形、双锥形或V形混合机，主要用于将微细粉料与微量添加剂进行初步混合，目的是保证物料的宏观均匀，减少后续主混合机的飞损，并提高其工作效率。

主混练设备，承担着使物料达到微观均匀并赋予其可塑性的重任。早期的湿碾机和行星式强制混合机至今仍有应用。

图1 德国进口强制混砂机

2. 成型设备：压力、精度与自动化的竞逐

成型是赋予制品形状和初始强度的核心工序，其设备发展路径清晰地展示了行业对高密度、高精度和高效率的追求。

大吨位复合摩擦压砖机：在传统摩擦压砖机的基础上，通过集成双面加压、自动加料、真空排气和自动测厚等功能，并辅以自动化控制器，实现了机、电、液一体化控制，兼具安全保护与故障自诊断能力。

螺旋压砖机：这是机械、电子和控制技术融合的产物。其工作原理颇具特色：采用开关磁阻调速电机驱动飞轮和螺母进行高频正反转，通过螺母与螺杆的运动副，驱动滑块上下运动产生打击力。这种压砖机启动转矩大、电流低，频繁启停自如；电机转速可设，使得打击力与能量精确可控，确保了批量生产中砖坯公差的一致性。同时，其传动链短，无摩擦盘，结构简单，维护便利，且仅在打击时电机工作，节能效果显著（据用户反映可达30%~50%）。虽然单次冲击力可能不及摩擦压砖机，但通过增加打击次数可达到同等效果，产能相当。

液压压砖机：利用液压系统提供强大的静压力，实现从泥料计量、填模、压制到出砖的全过程自动化控制。液压机是生产高档耐火砖的理想设备，但早年因国内液压技术相对落后，设备高度依赖进口，高昂的投资和维护成本限制了其普及。近年来，随着我国液压技术的长足进步，国产液压压砖机已成为市场主流，极大地推动了其在行业内的应用。

图2 某公司进口的两台德国莱斯2000吨液压机

冷等静压成型机：对于大尺寸、大长径比或形状复杂的制品，如长水口、浸入式水口、塞棒等，传统压制方法难以保证其密度均匀性。冷等静压技术为此提供了解决方案。它利用液体（通常是水基乳化液）作为压力传递介质，对置于柔性模具（橡胶或塑料）中的物料施加各向同性的压力，使其成型。这种技术能够制备出组织结构均匀、性能优异的复杂形状制品。要确保这些高价值、异形耐火材料的尺寸精度、密度均匀性和内部微观结构符合设计要求，需要依赖精密的物理性能和无损检测手段。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

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三、烧成系统：走向高温、高效与智能化

烧成是赋予耐火材料最终性能的关键，其设备发展聚焦于提升烧成温度、降低能耗和实现智能控制。

1. 高温烧成窑炉

高温竖窑：主要用于烧结高纯度、难烧结的原料，如高纯镁砂、烧结刚玉等。其烧成温度可超过1900°C。实现如此高温的关键技术在于高效的热回收：进入窑内的二次空气在冷却带被炽热成品预热至1500°C以上，再进入烧成带与燃料混合燃烧，热效率极高。其窑容积利用系数可达 5~10 t·m⁻³·d⁻¹，单位产品热耗低至 1700~3300 kJ·kg⁻¹。

高温回转窑：烧成温度可达1800~1900°C，特别适用于处理易结坨的物料，如镁铝尖晶石、白云石砂等。国内辽南地区用于烧成碱性原料的回转窑尺寸多为Φ2m×60m，年产能约2万吨。然而，其燃料消耗和烟气温度偏高，限制了其应用范围，目前主要作为竖窑无法处理物料的补充。

高温隧道窑：指烧成温度在1700°C以上的隧道窑，是高档耐火砖烧成的主力设备。其传统技术特征是采用双层拱顶结构，空气在拱顶内被预热至1000°C左右后送入烧嘴助燃，节能效果显著。近年来，引进的新型隧道窑多采用平吊顶结构，进一步改善了窑内温场的均匀性，并集成了先进的智能化操作系统。

轻型节能梭式窑：作为倒焰窑的现代化替代品，梭式窑是近二十年来发展最快的窑型之一，尤其适合小批量、多品种的柔性生产。其核心特点是采用轻质材料构筑的薄壁窑衬（壁厚≤460mm），结合高速对流传热，实现了快速升温和低窑体蓄热，节能效果显著。国内梭式窑容积多在10~80m³，烧成温度范围宽，可覆盖1000~1800°C。

2. 轻烧设备

随着菱镁矿浮选等原料提纯技术的进步，专门用于焙烧粉状物料的窑炉应运而生。

悬浮焙烧炉：特别适合焙烧细粉料，其设备轻量化、占地小、投资省、热耗低的特点使其竞争力十足。 多层炉：炉内设有多层叠置的炉膛，物料自上而下逐层移动，完成预热、焙烧和冷却。与传统反射炉相比，其热耗低，环保性能更佳。

四、绿色防线：环保设备的全面升级

环保是耐火材料工业可持续发展的生命线。大气污染，特别是生产过程中的粉尘和特定工艺产生的沥青烟气，是治理的重点。

1. 粉尘控制

在源头密闭、防止扬尘的基础上，有组织气流的末端除尘至关重要。目前，高效低阻脉冲式布袋除尘器是主流选择。它采用较低压力（0.2~0.4 MPa）的压缩空气进行反吹清灰，并配合使用覆膜滤料，在保证高除尘效率的同时，降低了运行能耗。现场实测表明，经其处理后的烟气，粉尘排放浓度可稳定控制在50 mg·m⁻³以下。

2. 沥青烟气处理

在滑板、炮泥等产品生产中，沥青作为结合剂在加热和使用过程中会产生含有多环芳烃等有毒有害物质的烟气。早期的白土吸附工艺因流程复杂、成本高且存在二次污染问题，已基本被淘汰。目前的主流处理技术有以下几种：

• 直接焚烧处理：将收集的烟气直接送入邻近窑炉或专用焚烧炉（温度 >750°C）中进行高温氧化分解。此法处理彻底，效果好，但能耗和运营成本较高。
• 活性炭吸附：适用于处理烟气浓度较低或气量较小的工况。在除尘系统后串联活性炭吸附塔，饱和后的活性炭可作为燃料进行焚烧处理。此法效果好，但活性炭的成本是制约其应用的主要因素。部分厂家尝试以焦炭替代，但吸附效果有限。
• 洗油吸附：利用特定洗油吸收沥青烟气，效率较高。但近年来化工原料价格上涨，导致洗油成本高企，限制了该技术的推广。探索将吸附饱和的洗油返回供应商进行再加工，或许是降低成本的可行途径。

综上，中国耐火材料工业装备正坚定地沿着高效节能、智能精准、绿色环保的方向演进。每一个环节的技术突破，都在为行业的高质量发展注入新的动力。