我国不定形耐火材料的发展回顾与展望(下)
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- 发布时间：2012-12-06
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周宁生 河南科技大学高温材料研究院 赵英杰 武钢技术部
3.2材质和品种多样化
早年不定形耐火材料大多是采用天然原料的铝硅质，少量镁质，品种单调。随着使用要求的多元化，原料品种的丰富化，组成—结构—性能设计的优化，研发工作的加强，以及跟踪和借鉴国外的发展走向，我国不定形耐火材料的材质和品种大为丰富。值得列举的、有良好应用业绩的主要有：高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C质捣打料和浇注料；高炉热态修补用喷涂料；钢包工作衬、RH浸入管外衬、整体喷枪等用刚玉—尖晶石／MgO浇注料；钢包透气塞用Al2O3-Cr2O3、Al2O3-MgO和 Al2O3-MgO—Cr2O3质浇注料；热风炉、干熄焦用莫来石浇注料；钢包、中间包用MgO基浇注料（包括MgO-SiO2、MgO-Al2O3- SiO2、MgO-Al2O3-Cr2O3-SiO2、MgO-ZrO2- Al2O3、MgO-CaO等）；中间包用镁质、镁钙质喷涂料、干式料；电炉底用MgO-CaO-Fe2O3干式料；水泥窑用耐碱浇注料、抗结圈浇注料、耐磨浇注料、添加氧化锆改善抗热震性的刚玉—尖晶石浇注料；玻璃窑池底用锆刚玉质不定形耐火材料：浮法玻璃锡槽底用铝硅质防渗浇注料；循环流化床锅炉等用耐火耐磨浇注料；焦炉炉门、熔铝炉流铝槽等用熔融石英浇注料；石化、炭黑炉用刚玉、铬刚玉质浇注料：熔铝炉用防铝液渗透浇注料；直接还原铁用碳化硅浇注料；隔热保温用莫来石质轻质浇注料、氧化铝空心球浇注料、纤维喷涂料；等等。
在众多的不定形耐火材料品种中，功勋卓著的一类当属消耗性材料，如钢铁工业的高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料、钢包浇注料、电炉底干式料、各种喷补料、中间包不定形耐火材料等；另一类当属功能性部件，如钢铁工业用的钢包透气塞、整体喷枪、中间包稳流器、烧嘴和其他预制件等。
对于不定形耐火材料的关键技术和品种，国家有关主管部门如原冶金部、国家建材局等牵头在“七·五”、 “八·五”、 “九·五”期间组织了有关科研院所并与耐火材料生产厂和终端用户合作，瞄准国际先进水平进行攻关，取得突出成绩。如冶金部建筑研究总院完成的高炉出铁沟用 Al2O3-SiC-C浇注料成果，中国建筑材料科学研究院的水泥窑刚玉质和高铝质低水泥型耐火浇注料、耐碱浇注料、抗结皮浇注料、轻质浇注料以及玻璃池窑底用系列不定形耐火材料的成果，冶金部建筑研究总院完成的炉外精炼用刚玉—尖晶石浇注料的研制与应用成果，冶金部建筑研究总院、冶金部洛阳耐火材料研究院的钢包整体工作衬用浇注料的研制成果等，是不定形耐火材料科技成果百花园中的代表。
上述这些成果的取得，使我国不定形耐火材料的应用水平与世界先进水平接轨，有的甚至领先。如高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料上世纪九十年代初在首钢l 327 m3高炉使用，全沟通铁 6万~8万吨进行补浇，总通铁量可达50万吨。与原用捣打料相比，耐材消耗降低了80％；在宝钢 4 063 m3大高炉使用，前部通铁近6万吨进行沟壁补浇，全沟通铁11万~12万吨后进行修补，总通铁量达30万吨，耐材单耗比原用捣打料降低了50％。目前，我国3 000 m3以上大型高炉出铁沟由于材料性能和维护技术的进步，全沟通铁量可达20万吨左右，总通铁量超过100万吨，代表了国际先进水平。
3.3施工方法多样化
不定形耐火材料筑衬的施工方法在向着省工、省时、省力和机械化、高效化的方向发展。与此相适应，我国出现了自流浇注料、湿式喷射料、喷涂料、干式振动／捣打料、高炉出铁沟免烘烤捣打料、快干和可快速烘烤浇注料以及预制件应用增加的趋势。
自流浇注料具有如下特点和优点：（1）无需振动，依靠自重和位差即可产生流动，达到脱气、摊平和密实化的作用；（2）与振动浇注料相比，气孔尺寸小且分布均匀；（3）可以沿管道泵压输送，泵灌施工，省工省力；（4）适用于砌筑和修补形状复杂的部位、薄壁衬体和锚固件较密的衬体；（5）性能可与振动浇注料的相当或更好。自流浇注料的应用已逐渐普及，范围不断扩大。如用于高炉出铁沟，高炉热风炉燃烧口，钢包衬，中间包永久衬，蓄热式加热炉的炉顶、炉墙、水冷管隔热包扎，复杂、薄壁形施工体和预制件以及残衬的补浇等等。
耐火材料的湿式喷射是指预先将由粗、中、细颗粒耐火原料和结合剂、分散剂组成的混合料与水拌合成可输送的湿料，由特殊的泵送装置通过硬管或软管输送到喷嘴，根据湿料的流变特性和施工要求可在管子靠近喷嘴处加或不加由压缩空气输送的促凝剂，再借助高压空气通过喷嘴把湿料喷射到施工体的面上。该施工方法既可以用于构筑新衬，也可用于旧衬的修补。首钢已将Al2O3-SiO质湿式喷射料用于中间包背衬的筑衬和修补，寿命比喷涂修补和挖砖修补都高，有助于延长中间包寿命。首钢还将湿式喷射料用于鱼雷车的修补，寿命由1 000次左右提高到1 700次左右。宝钢将湿式喷射料用于高炉出铁沟的修补以及钢包和铁水包背衬的筑衬，取得良好效果。
高炉出铁沟免烘烤捣打料是在普通捣打料的基础上，采用一种新的结合系统，在使用过程中不产生水蒸气，从而达到施工后无需烘烤即可直接出铁以提高设备运转率的目的。由于该产品施工后勿需烘烤，大大节约了高炉炉前修沟时间，提高了高炉炼铁生产率，节约炉前的烘烤设备，减轻了炉前工人的劳动强度和工作量，进而降低了耐火材料单耗和炼铁生产成本。另外，由于受热后料中有更多的残碳，可提高捣打料的使用寿命。这种铁沟料已用于中小高炉出铁沟主沟以及需要快速修补的出铁沟所有部位。
加热炉用可快速烘烤浇注料是为了缩短养护和烘烤时间，提高烘烤的安全性而开发的。施工后自然养护时间可比常规浇注料缩短50％以上，烘烤时间随施工体厚度和料别而定，与惯用的低水泥、超低水泥浇注料相比，可缩短2~4天，大大节省烘炉时间，特别适合加热炉的抢修。快干防爆自流浇注料是将快干技术和自流浇注料相结合而开发出的高性能浇注料，专门用于一般振动浇注料难以施工的锚固砖密集的炉顶部位以及具有复杂结构的炉墙、水冷管包扎等区域，还具有气密性好和锚固砖不会振偏或振坏的优点。该种浇注料可同时满足工业炉修筑时间短、烘烤升温快的要求，烘炉时间仅3～5天，和常规自流浇注料相比，可节省烘炉时间4天左右，为企业赢得宝贵的生产时间，是各种工业炉年修、大中修的理想用料。
用浇注料做成的各种预制件因具有以下优点，近年来呈现用量增加的趋势：（1）不需在现场浇注施工，只需拼装组合，使筑衬简化，也省去了现场对施工机具所做的准备；（2）由于在交货时已经完成了浇注、养护、干燥和烘烤步骤，为用户节省了大量时间，可加快设备周转率和利用率；（3）施工可以不受环境或季节条件的限制，而浇注料在某些地方盛夏和隆冬时节无法在自然条件下现场施工，除非采取人为措施；（4）采用浇注料可以制成各种大小不同，形状各异的预制件，适合制作机压成形难以实现的大型和异形构件，大者可重达数吨（如高炉出铁沟上用的撇渣9S、电炉顶），小的仅有l kg左右；而且许多形状比较复杂的制品也可采用浇注成形（如蓄热式加热炉上用的挡板砖，通孔的直径仅为4~5 mm，壁厚为2~3 mm）； （5）由于预制块到现场不需长时间烘烤就可投用，而且对烘烤条件没有苛刻的要求，因此用户使用更加方便。近年来，钢包工作衬越来越多采用预制块或不烧砖，高炉风口、陶瓷燃烧器采用浇注成形的预制件，中小高炉出铁沟采用储铁式预制件，加热炉采用预制件炉顶和烧嘴，不胜枚举。而鱼雷车、铁水包、混铁炉等砖砌衬也有采用预制件的可能性和必要性。预制件的日益广泛应用是不定形耐火材料施工和应用技术方面的一个值得重视的动向，也是不定形耐火材料生产厂家获得高附加值的一个好途径。
3.4应用范围广泛化
以浇注料为主的不定形耐火材料的性能已经达到甚至超过定形耐火材料的性能，与施工技术和装备结合，应用范围日益扩大。钢铁工业用耐火材料中不定形耐火材料的比例呈增长趋势，宝钢目前已达约60％。日本钢铁工业用耐火材料中不定形耐火材料的比例已超过70％。我国仍有增加的空间。
以钢铁工业为例，不定形耐火材料的应用几乎涵盖所有的工序。如：烧结工序球团回转窑用铝硅质浇注料及其预制件；焦炉炉墙用铝硅质（Al2O3含量通常55％左右）喷补料、干态硅质密封料；干熄焦设备用莫来石质浇注料：高炉炉身修补用压入料、炉身上部修补用干法和湿式喷补料；高炉出铁场用Al2O3－SiC－C质出铁口炮泥，出铁沟用Al2O3－SiC－C质捣打料、浇注料，在线热态修补和冷态修补用喷补料；铁水预处理喷枪用钢纤维增强莫来石质浇注料；铁水包工作衬用铝硅质、高铝—碳化硅质浇注料；鱼雷车包口用莫来石质和Al2O3－SiC－C质浇注料，鱼雷车修补用Al2O3－SiC－C质湿式喷射料：混铁炉工作衬用浇注料，转炉、电炉用MgO质、MgO－CaO质喷补料，转炉用大面热态修补料：电炉顶用刚玉质、含铬刚玉质、高铝质浇注料，电炉底用MgO－CaO－Fe2O3质干式捣打料，直流电炉炉底用导电砂；钢包用Al2O3－MgO质浇注料及其预制件，钢包座砖、透气塞用浇注料Al2O3基浇注料预制件；中间包永久衬用浇注料、工作衬用MgO、MgO－CaO质喷涂料或干式料；RH和CAS装置插入管外部衬用刚玉—尖晶石浇注料，RH修补用镁质、镁铬质喷补料和刚玉质、镁铬质压入料；炉外精炼钢包包盖用浇注料；整体喷枪；中间包包盖、永久衬用铝硅质浇注料（Al2O3含量通常在60％左右），中间包工作衬用镁质、镁钙质喷涂料、干式料，中间包挡渣堰、中击板、稳流器用镁质、高铝质浇注料预制件；加热炉炉衬用铝硅质浇注料和可塑料；等等。
其他行业如水泥回转窑用各种浇注料；氧化铝焙烧炉、循环流化床锅炉等各种耐磨衬用捣打料、浇注料；熔铝炉用浇注料，铝电解槽用干式防渗料；玻璃窑池底、浮法玻璃锡槽底用浇注料；等等。几乎遍及了各个高温领域的窑炉及热工设备，并且应用范围还在扩大。
3.5研发工作全面化和深入化
不定形耐火材料的研发工作近年来围绕使用中存在问题的解决、用户的需要、跟踪国际前沿、新思路的实现等而全面展开，研究方法和手段的进步，使得组成、结构、性能和使用效果关系方面的研究日益深入。研发工作的全面化和深入化主要体现在以下方面。
（1）粒度分布对浇注料施工和使用性能影响的研究。到目前，对诸多浇注料人们已探索出调整粒度配比如添加大颗粒、引入微粉、选择合适分散剂等方法来改善浇注料的性能。合适的粒度配比不仅可使浇注料获得好的流动性，也能提高致密度、强度、抗热震性等多方面的性能。计算物料粒度配比最具代表性的有Furnas提出的不连续粒度堆积原理和Andreassen提出的连续粒度堆积原理。因简便易行，Andreassen粒度分布公式已成为设计物料粒度分布的主要工具，甚至有方便实用的计算机程序。经验的粒度分布对改善浇注料的性能也不无好处，如钢包底浇注料的粗颗粒化。
（2）流变行为研究。借助pH测定仪，Zeta电位仪，流变仪等手段，对浇注料基质浆体部分乃至整个浇注料的流变行为进行研究，主要探明超细粉种类和加入量、减水剂和其他外加剂种类和加入量对浇注料流变行为的影响。流变仪既有研究浆体用的，也有研究带颗粒的全组分浇注料用的。
（3）热行为的研究。借助差热分析、热重分析、抗爆裂检测、热膨胀检测、相组成变化检测、显微结构观察等手段，对不定形耐火材料受热过程中的物理化学变化进行分析，研究不同结合方式、原料和组分的变化对热行为如抗爆裂性的影响。大试样热重分析成为十分有用的手段。
（4）损毁机理研究。通过对用后材料的性能和显微结构分析或模拟使用条件对有关性能的影响，揭示损毁原因，这对材料的组成、结构和性能的优化以达到预期使用效果提供了依据。
（5）添加剂作用效果和作用机理的研究。主要研究不同添加剂对施工性能如流动性、涂抹性、粘附性、凝结、硬化行为、抗爆裂性和使用性能的影响。目前，关于添加剂作用效果的研究比作用机理的研究开展得要多。后者比前者的难度大是不言而喻的。
（6）显微结构研究。这是揭示组成、结构、性能和使用效果关系的重要手段。X—射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDAX）已成为常规手段。场发射扫描电镜 （FE-SEM）可谓是显微结构研究的新武器，由于分辨率大为提高，可使人们对显微结构的观察和认识进入更细的层次。目前，一些高校和企业如武汉科技大学和濮阳濮耐高温材料公司已经具备此能力。
（7）检测方法的研究。不定形耐火材料某些性能的表征和检测方法尚不够完善，如施工性能的表征和评价、实验室制样与实际施工衬体代表性的差异、环境条件对施工性能的影响、性能的时效性等。这些方面的研究在加强。
（8）气孔结构参数对浇注料性能影响的研究。这是武汉科技大学新近开展的研究，十分新颖和有意义，将引发这方面更多的研究。
4今后的发展
不定形耐火材料对耐火材料整体起着重要的作用。发展不定形耐火材料符合国家大力发展“绿色”产业和低碳经济的方针，符合耐火材料行业大力发展“绿色耐火材料”的战略。不定形耐火材料的扩大使用，要多品种化，预制件化，高性能化、用户友好化和使用环节高效化。今后的发展将主要体现在以下方面。
（1）适合先进施工方法的不定形耐火材料
如浇注料预制件，高性能自流浇注料，湿式喷射料，干式料，冷、热态修补料等。这些不定形耐火材料的施工方法简单、高效，施工后衬体又具有各自独特的优点。
（2）用户友好和使用环节高效化的技术和装备
不定形耐火材料的施工、养护、烘烤、监测、维护、解体构成使用环节。使用环节的难易影响其被接受的程度。发展安全高效乃至自动化施工手段如湿式喷射，快速养护、快速烘烤甚至免烘烤，机器人监测、维护和高效解体装备等，十分必要。
（3）高性能轻质隔热不定形耐火材料
轻质隔热耐火材料的应用是实现工业窑炉节能的有效措施。解决传统轻质不定形耐火材料强度低，使用温度不够高，高温收缩大，隔热效果和抗腐蚀介质侵蚀性不够好等不足，对我国节能有重要作用。新型轻质骨料和高性能轻质不定形耐火材料将涌现。
（4）环境生态友好型不定形耐火材料
近年来，随着环境保护意识的加强，在要求不定形耐火材料性能提高的同时，还要求从原料制备到生产、使用和拆除的生产—使用—用后全过程对环境和工人健康均无危害。如：①不含铬的不定形耐火材料；②不采用沥青、酚醛树脂（烘烤时释放出有异味和有害气体）等有机物做结合剂的不定形耐火材料；③有分解出腐蚀性物质的化学结合剂的限用；④避免某些原料的放射性等。
（5）研究和检测方法进步，研究内容更加丰富
新的研究手段和检测方法将不断出现。对添加剂作用机理、材料损毁机理等方面的研究将加强。
与烧成的耐火制品不同，不定形耐火材料实际衬体的相组成、性能和显微结构有梯度化和渐变化的特点，值得更深入细致地研究。
3.2材质和品种多样化
早年不定形耐火材料大多是采用天然原料的铝硅质，少量镁质，品种单调。随着使用要求的多元化，原料品种的丰富化，组成—结构—性能设计的优化，研发工作的加强，以及跟踪和借鉴国外的发展走向，我国不定形耐火材料的材质和品种大为丰富。值得列举的、有良好应用业绩的主要有：高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C质捣打料和浇注料；高炉热态修补用喷涂料；钢包工作衬、RH浸入管外衬、整体喷枪等用刚玉—尖晶石／MgO浇注料；钢包透气塞用Al2O3-Cr2O3、Al2O3-MgO和 Al2O3-MgO—Cr2O3质浇注料；热风炉、干熄焦用莫来石浇注料；钢包、中间包用MgO基浇注料（包括MgO-SiO2、MgO-Al2O3- SiO2、MgO-Al2O3-Cr2O3-SiO2、MgO-ZrO2- Al2O3、MgO-CaO等）；中间包用镁质、镁钙质喷涂料、干式料；电炉底用MgO-CaO-Fe2O3干式料；水泥窑用耐碱浇注料、抗结圈浇注料、耐磨浇注料、添加氧化锆改善抗热震性的刚玉—尖晶石浇注料；玻璃窑池底用锆刚玉质不定形耐火材料：浮法玻璃锡槽底用铝硅质防渗浇注料；循环流化床锅炉等用耐火耐磨浇注料；焦炉炉门、熔铝炉流铝槽等用熔融石英浇注料；石化、炭黑炉用刚玉、铬刚玉质浇注料：熔铝炉用防铝液渗透浇注料；直接还原铁用碳化硅浇注料；隔热保温用莫来石质轻质浇注料、氧化铝空心球浇注料、纤维喷涂料；等等。
在众多的不定形耐火材料品种中，功勋卓著的一类当属消耗性材料，如钢铁工业的高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料、钢包浇注料、电炉底干式料、各种喷补料、中间包不定形耐火材料等；另一类当属功能性部件，如钢铁工业用的钢包透气塞、整体喷枪、中间包稳流器、烧嘴和其他预制件等。
对于不定形耐火材料的关键技术和品种，国家有关主管部门如原冶金部、国家建材局等牵头在“七·五”、 “八·五”、 “九·五”期间组织了有关科研院所并与耐火材料生产厂和终端用户合作，瞄准国际先进水平进行攻关，取得突出成绩。如冶金部建筑研究总院完成的高炉出铁沟用 Al2O3-SiC-C浇注料成果，中国建筑材料科学研究院的水泥窑刚玉质和高铝质低水泥型耐火浇注料、耐碱浇注料、抗结皮浇注料、轻质浇注料以及玻璃池窑底用系列不定形耐火材料的成果，冶金部建筑研究总院完成的炉外精炼用刚玉—尖晶石浇注料的研制与应用成果，冶金部建筑研究总院、冶金部洛阳耐火材料研究院的钢包整体工作衬用浇注料的研制成果等，是不定形耐火材料科技成果百花园中的代表。
上述这些成果的取得，使我国不定形耐火材料的应用水平与世界先进水平接轨，有的甚至领先。如高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料上世纪九十年代初在首钢l 327 m3高炉使用，全沟通铁 6万~8万吨进行补浇，总通铁量可达50万吨。与原用捣打料相比，耐材消耗降低了80％；在宝钢 4 063 m3大高炉使用，前部通铁近6万吨进行沟壁补浇，全沟通铁11万~12万吨后进行修补，总通铁量达30万吨，耐材单耗比原用捣打料降低了50％。目前，我国3 000 m3以上大型高炉出铁沟由于材料性能和维护技术的进步，全沟通铁量可达20万吨左右，总通铁量超过100万吨，代表了国际先进水平。
3.3施工方法多样化
不定形耐火材料筑衬的施工方法在向着省工、省时、省力和机械化、高效化的方向发展。与此相适应，我国出现了自流浇注料、湿式喷射料、喷涂料、干式振动／捣打料、高炉出铁沟免烘烤捣打料、快干和可快速烘烤浇注料以及预制件应用增加的趋势。
自流浇注料具有如下特点和优点：（1）无需振动，依靠自重和位差即可产生流动，达到脱气、摊平和密实化的作用；（2）与振动浇注料相比，气孔尺寸小且分布均匀；（3）可以沿管道泵压输送，泵灌施工，省工省力；（4）适用于砌筑和修补形状复杂的部位、薄壁衬体和锚固件较密的衬体；（5）性能可与振动浇注料的相当或更好。自流浇注料的应用已逐渐普及，范围不断扩大。如用于高炉出铁沟，高炉热风炉燃烧口，钢包衬，中间包永久衬，蓄热式加热炉的炉顶、炉墙、水冷管隔热包扎，复杂、薄壁形施工体和预制件以及残衬的补浇等等。
耐火材料的湿式喷射是指预先将由粗、中、细颗粒耐火原料和结合剂、分散剂组成的混合料与水拌合成可输送的湿料，由特殊的泵送装置通过硬管或软管输送到喷嘴，根据湿料的流变特性和施工要求可在管子靠近喷嘴处加或不加由压缩空气输送的促凝剂，再借助高压空气通过喷嘴把湿料喷射到施工体的面上。该施工方法既可以用于构筑新衬，也可用于旧衬的修补。首钢已将Al2O3-SiO质湿式喷射料用于中间包背衬的筑衬和修补，寿命比喷涂修补和挖砖修补都高，有助于延长中间包寿命。首钢还将湿式喷射料用于鱼雷车的修补，寿命由1 000次左右提高到1 700次左右。宝钢将湿式喷射料用于高炉出铁沟的修补以及钢包和铁水包背衬的筑衬，取得良好效果。
高炉出铁沟免烘烤捣打料是在普通捣打料的基础上，采用一种新的结合系统，在使用过程中不产生水蒸气，从而达到施工后无需烘烤即可直接出铁以提高设备运转率的目的。由于该产品施工后勿需烘烤，大大节约了高炉炉前修沟时间，提高了高炉炼铁生产率，节约炉前的烘烤设备，减轻了炉前工人的劳动强度和工作量，进而降低了耐火材料单耗和炼铁生产成本。另外，由于受热后料中有更多的残碳，可提高捣打料的使用寿命。这种铁沟料已用于中小高炉出铁沟主沟以及需要快速修补的出铁沟所有部位。
加热炉用可快速烘烤浇注料是为了缩短养护和烘烤时间，提高烘烤的安全性而开发的。施工后自然养护时间可比常规浇注料缩短50％以上，烘烤时间随施工体厚度和料别而定，与惯用的低水泥、超低水泥浇注料相比，可缩短2~4天，大大节省烘炉时间，特别适合加热炉的抢修。快干防爆自流浇注料是将快干技术和自流浇注料相结合而开发出的高性能浇注料，专门用于一般振动浇注料难以施工的锚固砖密集的炉顶部位以及具有复杂结构的炉墙、水冷管包扎等区域，还具有气密性好和锚固砖不会振偏或振坏的优点。该种浇注料可同时满足工业炉修筑时间短、烘烤升温快的要求，烘炉时间仅3～5天，和常规自流浇注料相比，可节省烘炉时间4天左右，为企业赢得宝贵的生产时间，是各种工业炉年修、大中修的理想用料。
用浇注料做成的各种预制件因具有以下优点，近年来呈现用量增加的趋势：（1）不需在现场浇注施工，只需拼装组合，使筑衬简化，也省去了现场对施工机具所做的准备；（2）由于在交货时已经完成了浇注、养护、干燥和烘烤步骤，为用户节省了大量时间，可加快设备周转率和利用率；（3）施工可以不受环境或季节条件的限制，而浇注料在某些地方盛夏和隆冬时节无法在自然条件下现场施工，除非采取人为措施；（4）采用浇注料可以制成各种大小不同，形状各异的预制件，适合制作机压成形难以实现的大型和异形构件，大者可重达数吨（如高炉出铁沟上用的撇渣9S、电炉顶），小的仅有l kg左右；而且许多形状比较复杂的制品也可采用浇注成形（如蓄热式加热炉上用的挡板砖，通孔的直径仅为4~5 mm，壁厚为2~3 mm）； （5）由于预制块到现场不需长时间烘烤就可投用，而且对烘烤条件没有苛刻的要求，因此用户使用更加方便。近年来，钢包工作衬越来越多采用预制块或不烧砖，高炉风口、陶瓷燃烧器采用浇注成形的预制件，中小高炉出铁沟采用储铁式预制件，加热炉采用预制件炉顶和烧嘴，不胜枚举。而鱼雷车、铁水包、混铁炉等砖砌衬也有采用预制件的可能性和必要性。预制件的日益广泛应用是不定形耐火材料施工和应用技术方面的一个值得重视的动向，也是不定形耐火材料生产厂家获得高附加值的一个好途径。
3.4应用范围广泛化
以浇注料为主的不定形耐火材料的性能已经达到甚至超过定形耐火材料的性能，与施工技术和装备结合，应用范围日益扩大。钢铁工业用耐火材料中不定形耐火材料的比例呈增长趋势，宝钢目前已达约60％。日本钢铁工业用耐火材料中不定形耐火材料的比例已超过70％。我国仍有增加的空间。
以钢铁工业为例，不定形耐火材料的应用几乎涵盖所有的工序。如：烧结工序球团回转窑用铝硅质浇注料及其预制件；焦炉炉墙用铝硅质（Al2O3含量通常55％左右）喷补料、干态硅质密封料；干熄焦设备用莫来石质浇注料：高炉炉身修补用压入料、炉身上部修补用干法和湿式喷补料；高炉出铁场用Al2O3－SiC－C质出铁口炮泥，出铁沟用Al2O3－SiC－C质捣打料、浇注料，在线热态修补和冷态修补用喷补料；铁水预处理喷枪用钢纤维增强莫来石质浇注料；铁水包工作衬用铝硅质、高铝—碳化硅质浇注料；鱼雷车包口用莫来石质和Al2O3－SiC－C质浇注料，鱼雷车修补用Al2O3－SiC－C质湿式喷射料：混铁炉工作衬用浇注料，转炉、电炉用MgO质、MgO－CaO质喷补料，转炉用大面热态修补料：电炉顶用刚玉质、含铬刚玉质、高铝质浇注料，电炉底用MgO－CaO－Fe2O3质干式捣打料，直流电炉炉底用导电砂；钢包用Al2O3－MgO质浇注料及其预制件，钢包座砖、透气塞用浇注料Al2O3基浇注料预制件；中间包永久衬用浇注料、工作衬用MgO、MgO－CaO质喷涂料或干式料；RH和CAS装置插入管外部衬用刚玉—尖晶石浇注料，RH修补用镁质、镁铬质喷补料和刚玉质、镁铬质压入料；炉外精炼钢包包盖用浇注料；整体喷枪；中间包包盖、永久衬用铝硅质浇注料（Al2O3含量通常在60％左右），中间包工作衬用镁质、镁钙质喷涂料、干式料，中间包挡渣堰、中击板、稳流器用镁质、高铝质浇注料预制件；加热炉炉衬用铝硅质浇注料和可塑料；等等。
其他行业如水泥回转窑用各种浇注料；氧化铝焙烧炉、循环流化床锅炉等各种耐磨衬用捣打料、浇注料；熔铝炉用浇注料，铝电解槽用干式防渗料；玻璃窑池底、浮法玻璃锡槽底用浇注料；等等。几乎遍及了各个高温领域的窑炉及热工设备，并且应用范围还在扩大。
3.5研发工作全面化和深入化
不定形耐火材料的研发工作近年来围绕使用中存在问题的解决、用户的需要、跟踪国际前沿、新思路的实现等而全面展开，研究方法和手段的进步，使得组成、结构、性能和使用效果关系方面的研究日益深入。研发工作的全面化和深入化主要体现在以下方面。
（1）粒度分布对浇注料施工和使用性能影响的研究。到目前，对诸多浇注料人们已探索出调整粒度配比如添加大颗粒、引入微粉、选择合适分散剂等方法来改善浇注料的性能。合适的粒度配比不仅可使浇注料获得好的流动性，也能提高致密度、强度、抗热震性等多方面的性能。计算物料粒度配比最具代表性的有Furnas提出的不连续粒度堆积原理和Andreassen提出的连续粒度堆积原理。因简便易行，Andreassen粒度分布公式已成为设计物料粒度分布的主要工具，甚至有方便实用的计算机程序。经验的粒度分布对改善浇注料的性能也不无好处，如钢包底浇注料的粗颗粒化。
（2）流变行为研究。借助pH测定仪，Zeta电位仪，流变仪等手段，对浇注料基质浆体部分乃至整个浇注料的流变行为进行研究，主要探明超细粉种类和加入量、减水剂和其他外加剂种类和加入量对浇注料流变行为的影响。流变仪既有研究浆体用的，也有研究带颗粒的全组分浇注料用的。
（3）热行为的研究。借助差热分析、热重分析、抗爆裂检测、热膨胀检测、相组成变化检测、显微结构观察等手段，对不定形耐火材料受热过程中的物理化学变化进行分析，研究不同结合方式、原料和组分的变化对热行为如抗爆裂性的影响。大试样热重分析成为十分有用的手段。
（4）损毁机理研究。通过对用后材料的性能和显微结构分析或模拟使用条件对有关性能的影响，揭示损毁原因，这对材料的组成、结构和性能的优化以达到预期使用效果提供了依据。
（5）添加剂作用效果和作用机理的研究。主要研究不同添加剂对施工性能如流动性、涂抹性、粘附性、凝结、硬化行为、抗爆裂性和使用性能的影响。目前，关于添加剂作用效果的研究比作用机理的研究开展得要多。后者比前者的难度大是不言而喻的。
（6）显微结构研究。这是揭示组成、结构、性能和使用效果关系的重要手段。X—射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDAX）已成为常规手段。场发射扫描电镜 （FE-SEM）可谓是显微结构研究的新武器，由于分辨率大为提高，可使人们对显微结构的观察和认识进入更细的层次。目前，一些高校和企业如武汉科技大学和濮阳濮耐高温材料公司已经具备此能力。
（7）检测方法的研究。不定形耐火材料某些性能的表征和检测方法尚不够完善，如施工性能的表征和评价、实验室制样与实际施工衬体代表性的差异、环境条件对施工性能的影响、性能的时效性等。这些方面的研究在加强。
（8）气孔结构参数对浇注料性能影响的研究。这是武汉科技大学新近开展的研究，十分新颖和有意义，将引发这方面更多的研究。
4今后的发展
不定形耐火材料对耐火材料整体起着重要的作用。发展不定形耐火材料符合国家大力发展“绿色”产业和低碳经济的方针，符合耐火材料行业大力发展“绿色耐火材料”的战略。不定形耐火材料的扩大使用，要多品种化，预制件化，高性能化、用户友好化和使用环节高效化。今后的发展将主要体现在以下方面。
（1）适合先进施工方法的不定形耐火材料
如浇注料预制件，高性能自流浇注料，湿式喷射料，干式料，冷、热态修补料等。这些不定形耐火材料的施工方法简单、高效，施工后衬体又具有各自独特的优点。
（2）用户友好和使用环节高效化的技术和装备
不定形耐火材料的施工、养护、烘烤、监测、维护、解体构成使用环节。使用环节的难易影响其被接受的程度。发展安全高效乃至自动化施工手段如湿式喷射，快速养护、快速烘烤甚至免烘烤，机器人监测、维护和高效解体装备等，十分必要。
（3）高性能轻质隔热不定形耐火材料
轻质隔热耐火材料的应用是实现工业窑炉节能的有效措施。解决传统轻质不定形耐火材料强度低，使用温度不够高，高温收缩大，隔热效果和抗腐蚀介质侵蚀性不够好等不足，对我国节能有重要作用。新型轻质骨料和高性能轻质不定形耐火材料将涌现。
（4）环境生态友好型不定形耐火材料
近年来，随着环境保护意识的加强，在要求不定形耐火材料性能提高的同时，还要求从原料制备到生产、使用和拆除的生产—使用—用后全过程对环境和工人健康均无危害。如：①不含铬的不定形耐火材料；②不采用沥青、酚醛树脂（烘烤时释放出有异味和有害气体）等有机物做结合剂的不定形耐火材料；③有分解出腐蚀性物质的化学结合剂的限用；④避免某些原料的放射性等。
（5）研究和检测方法进步，研究内容更加丰富
新的研究手段和检测方法将不断出现。对添加剂作用机理、材料损毁机理等方面的研究将加强。
与烧成的耐火制品不同，不定形耐火材料实际衬体的相组成、性能和显微结构有梯度化和渐变化的特点，值得更深入细致地研究。
