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第十五章、耐火材料業 耐火材料業係指從事耐火材料製造之行業，包含如：耐火泥、耐火磚、 坩堝等含有菱鎂礦、白雲石、鉻鐵礦等 成份之耐火材料之製造，其製程主 要為：原石粉碎→篩選→秤量→混合→乾燥→燒成等。 第一節 產業特性介紹 一、產業概況 耐火材料運用於許多工業，作為各種鍋爐、磚窯和爐的襯裡，但是絕 大部分是應用在冶金方面。在鋼鐵工業 ，典型的高爐或平爐要使用許多不 同類型的耐火材料，其中一些由矽石製成，另一些由鉻和/或菱鎂礦和其他 耐火黏土製成。 工業也使用少量耐火材料者，如：煤氣、焦炭及其副產品、發電機、 化學品、烘箱和烘爐、水泥和石灰、陶 瓷、玻璃、搪瓷和釉料、機車和輪 船、核反應堆、煉油、廢物處置（焚燒爐） 。 傳統上認為耐火材料是在高溫下能夠經得住腐蝕性氣體、液體或固體 的侵蝕的非金屬物質。這些材料必須能 夠經受住由於快速加熱或冷卻引起 的熱沖罐、熱應力引起的斷裂，以及由 於與其他材料接觸引起的機械疲勞 和高溫環境作用引起的化學腐蝕。大多數陶瓷產品的生產都需要這樣的材 料，尤其是烘箱、乾燥器、加熱爐和在高溫下使用的發動機部件等產品。 二十世紀前，耐火材料幾乎是以礦石為基料。中世紀以來，冶金學家 用酸和鹼性礦渣進行實驗，並記錄每次 結果。耐火材料方面的工匠也用致 密矽岩、其他近似於純矽石礦的材料，以及含有煅燒後能生成 MgO 的 MgCO3 的菱鎂礦進行了相關的實驗，從而發展 了“酸性＂菱鎂礦爐襯以及膠結碳 磚。十九世紀後期，鋼鐵生產用的熱爐 和回熱爐已被用於有色金屬冶金和 玻璃製造業；黏土耐火材也被取代。 在氧化物耐火材料中，沒有被合成材料取代的惟一重要成分是二氧化 矽（SiO 2 ），大量應用於耐火材料工業以及玻璃工業的配料中。從二十世紀 初，就已製出電弧熔融耐火材料的晶體或團粒，隨後在20 和 30年代出現 198 了數種熔融澆鑄耐火磚，包括：富鋁紅柱石、氧化鋁、菱鎂土-氧化鋁-矽 石和氧化鋁-二氧化鋯-矽石，這些產品完全是由礦物原料製成的。事實上， 全部以礦物為基料的耐火材料仍是今日耐火材料產品中重要組成部分。他 們價格便宜，性能極好，不僅具有很好的耐火性和耐腐蝕性，而且適用性 很廣。 現代耐火材料的生產也使用許多合成材料，但是礦物原料是無法替代 的。最好的結果是將合成材料與礦物原 料的結合使用，應用於其生產過程 中。 我國約有三十家耐火材料生產廠商，主要製造定型材耐火磚及不定型 材耐火材料。耐火材料的主要型式如下圖 15.1 (註 1) 圖 15.1 耐火材料之主要型式 199 二、產業特性 過去，耐火材料的原料是主要選自各種可獲得的礦床，以其作為礦石 材料使用。只有當原料很貴時，如：菱鎂礦，需要一個精選過程為選擇性 地開採生產所需性能的材料。但是在今日，由於可由高純度和精選的原料 結合製得耐火材料顆粒，因此對高純度原料的需求日益增加。礦物原料或 合成混合物經過燒製生成的材料稱為磨 料、燒結料、共燒結料或熟料。 常使用的四種耐火材料包括： (一)鋁矽酸醯耐火材料：耐火黏土主要含有礦物高嶺土[CAS 1318-74-7] 2O32SiO22H2O）及極少量的黏土礦、石英岩、氧化鐵、二氧化鈦和 （Al 鹼性染質。黏土可以原始狀態或經煅燒後使用。生黏土可以經過粗碎 或細碎掺入耐火材料混合和擠壓或造粒，然後煅燒，生成燒製的合成 高嶺土熟料，或者經過粗碎的生高嶺土進行燒製成為熟料。在斷燒或 燒製過程中，高嶺土分解成富鋁紅柱石以及由於黏土沉積產生含有礦 物染質的矽質玻璃（如：石英岩、氧化鐵、二氧化鈦和鹼金屬），並在 高溫下固化成致密的、堅硬的粒狀熟料。 (二)矽石或酸性耐火材料：主要使用粉碎或或磨碎的石英岩（致密矽岩）（92 ％~98％），在其中加入適當的黏接劑，如：石灰（CaO）。由於矽石磚 再加熱時會膨脹（黏土磚會收縮