不定形耐火材料-深度解析（生产、质量、检测等）

引言

不定形耐火材料（又称散装耐火材料或整体耐火材料）是指不经预制成型、需在使用现场浇筑或捣打成型的耐火材料，包括耐火浇注料、可塑料、捣打料、喷涂料等类型。相比传统定形耐火制品（耐火砖等），不定形材料具有施工方便、无接缝、能够整体成型等优势，在高温工业中应用日益广泛。本文重点调研中国的不定形耐火材料产业现状，并兼顾欧洲、日本的生产、研发与应用情况，涵盖钢铁、建材（如水泥、玻璃）、电力、石化化工等主要行业的应用。报告还将重点介绍不定形耐火材料的质量控制体系、检测标准和常规检测项目，说明相关国际或国家标准（如中国GB标准、ISO国际标准、德国DIN、日本JIS等）的采用情况。最后，分析近年来不定形耐火材料的技术发展趋势与创新方向（如低水泥、超低水泥、无水泥结合、纳米复合等），并评估这些新技术在工业中的推广应用情况。

中国不定形耐火材料的生产与应用现状

产能与产量： 中国是耐火材料生产和消费大国，不定形耐火材料产量近年快速增长，所占比重不断提高。据行业统计，目前中国耐火材料产量中，不定形产品已占相当可观比例（约四成以上），且仍在逐年上升趋势。这得益于下游钢铁、建材等行业对整体无缝耐火衬里的需求增加，以及施工效率要求的提升。众多国内企业（如中钢集团洛耐院、北京利尔、濮耐股份等）均具备大规模生产不定形耐材的能力，产品涵盖高铝质、刚玉质、镁质浇注料以及各类捣打料、喷补料等，基本满足国内高温工业需求，并部分出口。

主要应用行业： 在中国，不定形耐火材料广泛应用于以下工业领域：

• • 钢铁冶金： 是不定形耐材最大消费领域。高炉出铁沟浇注料、铁水包和钢包内衬浇注料、鱼雷罐车整体浇注衬、转炉和电炉的炉渣挡板修补料、中间包涂抹料/喷补料等都是常见应用。不定形衬里施工快捷，能减少停炉时间，提高炼钢连续作业率。同时高性能浇注料在炉外精炼装置（RH炉、LF炉）上使用，提高了耐侵蚀寿命。

• • 建材行业： 在水泥建材领域，不定形耐材已几乎全面取代传统耐火砖用于水泥回转窑和预热器系统。如水泥窑烧成带的刚玉莫来石浇注料、过渡带和冷却机内衬的高强耐磨浇注料，以及分解炉、篦冷机内的大面浇注衬等。不定形衬里整体性好、耐磨抗侵蚀，且检修时可快速浇补。玻璃工业中的熔窑蓄热室格子砖砌体也部分采用耐火浇注料修补。

• • 电力行业： 火电厂锅炉以及垃圾焚烧炉等热力设备大量使用不定形耐火材料衬里。例如煤粉炉、水泥窑余热锅炉内衬采用高铝或刚玉质浇注料、硅 carbide质可塑料，以承受高温煤灰冲刷和热震。循环流化床锅炉由于高温高速含固气流，对耐火衬里磨损严重，通常采用刚玉质耐磨浇注料整体浇筑，局部配合碳化硅砖以延寿。垃圾焚烧发电炉要求耐火衬里抗腐蚀、抗热震，多采用喷涂料或浇注料整体衬里。总体来看，不定形耐材在电力行业的锅炉内衬中应用日趋成熟，可有效延长运行周期。

• • 石化化工： 石油化工装置的加热炉、裂解炉、合成氨转化炉等也广泛使用高性能不定形耐火材料。例如馏分油加热炉内衬采用轻质隔热浇注料打底、工作层用高强致密浇注料；乙烯裂解炉、氢气转化炉则使用抗碳氢化合物侵蚀的致密浇注料或可塑料衬里。此外，有色金属冶炼炉（如炼铜闪速炉、铝电解槽覆盖材料）也大量使用不定形耐材。正因施工便捷、性能优良，不定形材料在水泥、石化、非ferrous金属等行业中获得越来越广泛的应用。

研发与技术力量： 中国高度重视耐火材料的科研和人才培养。不定形耐材相关研究主要集中在高校和科研院所。据报道，全国有约9所大学设有耐火材料研究室，每年培养大量本科生（约1500人）和研究生（约200人），为行业输送了全球数量最多的新人才。这些高校设有高温材料实验室、炉衬工程研究中心等国家重点实验室，对不定形耐材的配方设计、结合机制、施工工艺等开展深入研究。总体而言，中国在不定形耐材基础研究和应用开发方面实力雄厚，为产业持续创新提供了保障。

欧洲和日本的不定形耐火材料概况

欧洲： 欧洲的不定形耐火材料工业起步较早，技术和应用水平均处于世界领先地位。欧洲各国的耐火材料企业、高校和科研机构协作密切，通过建立欧洲耐火材料中心（ECRE）以及国际耐火材料教育与研究联合会（FIRE）等网络，实现产学研紧密结合。大学和公共研究所侧重基础研究和人才培养，制造企业专注应用开发和产品创新，各方形成了明确分工。欧洲钢铁、玻璃、陶瓷等行业很早就广泛采用不定形衬里，以提高炉衬寿命和施工效率。例如，欧洲钢厂的电炉炉衬和钢包修补普遍使用喷补料，铝厂的电解槽内衬大量采用捣打料，水泥窑则普遍使用浇注料衬里。凭借高品质和高性能，欧洲生产的不定形耐材在国际市场上具有竞争力，许多产品（如低水泥浇注料、刚玉莫来石浇注料等)成为行业标准。质量控制上，欧洲早在1990年代就制定了不定形耐火材料标准（如EN 1402系列），并与ISO标准接轨。在研发方面，欧洲注重环保和可持续发展，开发出很多低碳环保型不定形材料，例如使用有机结合剂替代部分水泥，降低生产过程的能耗和排放。

日本： 日本耐火材料工业规模相对较小，但产品以高质量著称。本土不定形耐材生产集中于几家大型企业，如品川、黑崎播磨等，这些企业通过精益生产保持了在高端产品上的竞争力。日本钢铁产业曾高度依赖耐火砖，但自20世纪末以来也逐步增加不定形耐材的使用，如炼钢连铸中间包全面采用喷涂整体衬里、高炉出铁沟采用自流式浇注料等，以降低维修频率和人工成本。然而，日本国内耐火原料匮乏，原料和部分制品依赖进口：2000年代日本不定形耐材进口一度大增，2008年达38.8万吨峰值，后因中国原料供应收紧和成本上升而下降，到2016年进口量仍有17.7万吨。为保障供应，日本企业开始在海外布局耐材产能。研发方面，日本企业和钢铁用户合作密切，针对自身生产需求开发定制化的不定形材料。然而，相较中欧，日本在耐火材料基础研究和人才培养上投入不足，高校参与有限。目前仅京都工艺纤维大学、名古屋工大等少数院校和公共机构从事耐火材料研究，日本业内也认识到在基础研发和专业人才供给方面存在不足。总体而言，日本不定形耐材行业以高性能和精细化见长，在钢铁等核心用户领域保持稳定应用，但面临原料供应与研发后劲不足的挑战。

不定形耐火材料的质量控制体系与检测标准

质量控制体系： 不定形耐火材料的质量控制贯穿原料进厂到产品出厂及施工的全过程。首先，原料阶段要求颗粒级配合理、纯度高，关键原料如矾土熟料、电熔刚玉等需符合化学成分指标，粉料细度和颗粒级配需严格控制，以确保浇注料的工作性能和烧后性能稳定。生产配料时，采用自动计量和均化设备，保证各组分计量准确、混合均匀。生产企业普遍通过ISO 9001质量管理体系认证，制定了严格的工艺规程，从混料时间、加水量到包装贮存均有规范。对于出厂
产品，每批不定形耐材都会留样进行性能检测，常规包括流动度、凝结时间、抗折抗压强度等检测，确保产品质量满足标准要求。施工环节的质量控制也很关键，例如浇注料现场施工需控制加水量、振动排气、养护制度和烘炉制度，防止因施工不当导致性能劣化（如烘烤爆裂）。总之，不定形耐火材料的质量控制强调“源头（原料）—过程（生产）—末端（施工）”全链条管控，以保证最终炉衬的使用性能。

检测项目与标准： 为评估不定形耐火材料质量，需要对其物理和化学性能进行一系列检测。下表汇总了常用的检测项目及对应的主要标准：

上述标准中，中国GB/T 4513系列等同采用了ISO 1927系列国际标准，将不定形耐火材料从取样、制样到性能测试各环节加以规范。例如，GB/T 4513.4-2017规定了浇注料流动性的标准试验方法，与ISO 1927-4一致；GB/T 4513.6-2017涵盖了常温强度、体积密度、荷重软化温度等性能的测试，对应ISO 1927-6。另外，中国还制定了一些行业标准，如冶金行业标准YB/T系列，用于耐火材料的特殊性能测试（例如粒度分析、抗渣性能等），这些已逐步被国家标准覆盖或引用。国际方面，ISO 1927:2012《Monolithic (unshaped) refractory products》共8部分，全面规定了不定形耐材从分类定义、取样制样到物性测试的标准方法。欧洲采用EN 1402系列标准（2003年发布）与ISO内容基本一致，德国DIN和英国BS等均等同采标，如DIN EN ISO 1927已取代老的DIN耐火材料试验方法。日本方面，有一系列JIS标准涉及不定形耐材的试验方法，例如JIS R 2615-1985规定了轻质浇注料体积密度的测试方法。总体而言，各主要工业国家对不定形耐火材料检测都有完善的标准体系，随着国际标准的统一，不同地区间标准的等效性也逐渐提高。这些标准和检测手段共同构成了不定形耐火材料严格的质量控制体系，确保产品性能稳定可靠。

在检测方面

中国在检测方面也有非常专业的检测机构，如国家磨料磨具质量检验检测中心、洛耐院、武科大等。

技术发展趋势与创新应用

近年来，不定形耐火材料领域涌现出多项技术创新，主要围绕提高材料性能、降低水泥用量以及改善施工特性等方向。以下是几项重要的发展趋势：

• • 低水泥和超低水泥浇注料： 传统浇注料中高铝水泥用量一般在10-20%，而低水泥浇注料（LCC）将水泥用量降至约3-8%，超低水泥浇注料（ULCC）更是低于3%。降低水泥含量可显著减少材料中的CaO相，从而提高耐火度并改善抗热震性能。这类浇注料通过加入微粉（硅灰、超微铝粉等）形成密实的颗粒堆积，并依靠水泥水化物和高温二次莫来石化作用获得强度。LCC/ULCC已在钢铁和建材行业获得广泛应用，例如钢包用刚玉尖晶石低水泥浇注料表现出优异的抗钢渣侵蚀性能，在高炉出铁沟、水泥窑过渡带等部位也有出色表现。由于性能突出，低水泥技术已成为不定形耐材的主流方向之一。

• • 无水泥结合（无水泥浇注料）： 为了彻底消除水泥中的CaO对高温性能的不利影响，出现了无水泥结合系统（NCC），典型如溶胶结合浇注料和可水化氧化铝结合浇注料。这类产品以硅溶胶、铝溶胶或高活性氧化铝微粉为结合剂，配合促凝剂在室温下凝结，烧后仅形成纯质陶瓷结合相，杂质含量极低。无水泥浇注料在超洁净钢生产（要求耐材极低杂质污染）、以及需快速烘烤投产的场合表现优异：例如连铸中间包用硅溶胶涂抹料可在短时间干燥后直接使用，避免传统水泥结合浇注料烘烤时间长、易爆裂的问题。但无水泥结合体系对施工养护要求高，凝结和早期强度受环境影响较大，目前主要在一些高端应用领域取得成功，在更大范围推广仍需解决施工适应性和成本问题。

• • 纳米复合与微结构优化： 纳米技术在耐火材料中的应用引起高度关注。在不定形耐材中添加纳米级组分（如纳米氧化铝、纳米二氧化硅等）可以改善基质的致密度和结合强度。例如在高铝浇注料基质中原位生成纳米Al2O3颗粒，显著提高材料的常温抗折强度和抗热震后剩余强度。纳米颗粒填充基质孔隙并促进烧结，可提高高温弹性模量和耐磨性。此外，研究表明在浇注料配方中使用纳米氧化物溶胶作结合剂，能获得均匀的凝胶网络结构，提升浇注料的流变性能和力学性能。目前，纳米复合技术多处于科研和高端试用阶段，部分产品（如纳米凝胶结合耐火可塑料）已商品化并用于钢包修补等，但成本较高。随着纳米材料价格下降和工艺成熟，未来有望在更广泛的不定形耐材中推广。

• • 其他创新方向：

• • 自流浇注料和泵送施工： 通过优化颗粒级配和添加分散剂，开发出无需振动即可自行流动密实的自流式浇注料，显著提高大型构件的浇注均匀性，便于泵送施工，已在炉衬浇筑中应用。

• • 快速烘烤与防爆技术： 针对不定形炉衬初次烘炉易爆裂的问题，研发出添加有机纤维和防爆剂的浇注料，可在初升温时形成排气通道，提高抗爆裂性。这类浇注料在电炉炉衬和加热炉炉衬上实现了安全快速干燥投产。

• • 预制件和模块化衬里： 将不定形耐材预先浇注成标准块并在工厂烧成，得到预制耐火模块，现场砌筑后留少量膨胀缝浇注补缝即可。预制件兼具不定形材料整体性和定形制品施工便捷的优点，在水泥窑口和钢包座砖等部位已推广使用。

• • 智能施工与监测： 随着数字化发展，施工过程中的加水量、搅拌时间、振动幅度等参数可由智能控制设备精确管理，保证每炉衬施工一致性。同时，衬里内埋设传感器实时监测温度应力，利用数字化技术进行炉衬寿命预测和预维护。这些技术提高了不定形耐材在现场应用的可靠性和寿命。

推广应用评估： 总体来看，上述技术创新在工业实践中的应用程度不一。其中低水泥和超低水泥浇注料由于工艺成熟、性能优异，已在钢铁、有色、建材等行业得到大面积推广，成为许多关键部位的标准材料。例如，超低水泥刚玉浇注料已经成为大型钢包工作衬的主流配置。而无水泥结合和纳米技术目前主要在高端领域展现优势：超低杂质的溶胶结合浇注料在航空航天特种炉、高纯硅晶体炉等获得应用；添加纳米氧化物的耐磨浇注料在某些冶金设备上试用了其高强抗磨性能。不过，由于成本和使用习惯原因，大部分用户对这些新技术持观望态度，其市场占有率仍有限。可以预见，随着下游行业对更高性能耐材需求的增长以及制造成本的下降，这些创新型不定形耐火材料将在更多领域实现推广。一些研究报告指出，未来低水泥、无水泥结合以及纳米增强将是不定形耐材技术的主要发展方向；其在工业应用中的占比将逐步上升，并为高温工业带来更高的效率和寿命效益。

结论

不定形耐火材料凭借整体无缝、高效施工和优良性能，已成为现代高温工业炉衬的关键材料。在中国，不定形耐材产业规模庞大，应用遍及钢铁、建材、电力、化工等行业，并通过产学研结合不断提升产品质量和创新能力。欧洲和日本等发达国家亦高度重视不定形耐材的研发和应用，通过完善的标准体系和协作机制，推动了该领域的技术进步和应用普及。针对不定形耐材的质量控制，国内外建立了系统的检测标准和规范，从原料、生产到施工各环节确保材料性能满足苛刻要求。展望未来，低水泥化、无水泥新结合剂、纳米技术等创新将进一步提高不定形耐火材料的使用性能和寿命，并加速其在高温工业中的推广应用。不定形耐火材料的发展不仅代表着耐火材料工业的技术进步，也为钢铁冶金、建材生产等基础工业的工艺优化和成本降低提供了重要支撑。今后，通过国际间的技术交流与标准接轨，不定形耐火材料将在全球范围内发挥更大的作用，为高温工业的可持续发展作出贡献。