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針對從21世紀初開始的焦炭供應不足的問題，專家提出21世紀高效與環保型超級焦爐應實現下列目標：將煉焦利用劣質煤的比例從20%提高到50%，將焦爐生產效率提高3倍，使煉焦過程產生的NOx減少30%，實現無煙無塵密閉生產，節省能源20%。這一目標的實現，與焦爐用耐火材料的生產和應用密切相關。4月13日～14日，在安徽舉辦的第二十屆耐火材料應用與發展技術研討會上，參會代表們就焦爐用耐材技術展開了交流。此次會議由冀、魯、豫、遼、晉、京六省（市）金屬學會共同主辦，安徽省金屬學會、河北省金屬學會耐火材料學委會協辦，冶金信息裝備網承辦。
耐材應用影響焦爐技術進步
在現代煉焦生產中，焦爐呈現以下特點：一是體積大，重量大，壽命長；二是單體焦爐耐材用量大，是已知高溫爐窯用耐材比例最高的爐型，占整體焦爐重量的80%以上；煉焦工序能耗在鋼鐵工業能耗的占比達到13%～15%。因此，焦爐的技術進步離不開耐材的技術進步。
出席會議的耐材專家表示，焦爐日常維護的耐火材料按種類、成分和用途可分為：硅磚，以鱗石英為主晶相，用于砌筑焦爐的硅質耐火制品，亦用于修補爐墻；堇青石爐門磚，由堇青石燒制而成，亦用于修補爐門；灌漿料，主要成分為磷酸+黏土料+水，用于爐頂密封；陶瓷纖維繩，主要成分為硅酸鋁，用于爐墻堵漏；901泥漿，主要成分為黏土+水，用于澆筑爐蓋；石棉氈，主要成分為石棉，用于焦爐環保堵漏；高溫橡膠板，主要成分為耐高溫橡膠，用于修補爐門。
從兩個方面把握耐材技術方向
據介紹，目前焦爐耐材的選擇基本采用以下標準：炭化室/燃燒室側壁，煉焦過程有水分排出，不宜用易水化的耐火材料，目前世界各國幾乎全部選用硅質耐材。炭化室底部，具有相同的熱膨脹率，承受煤和焦炭等較大的重量和推焦過程摩擦作用，應選用高強度和耐磨損的耐材。炭化室頂部，受其上面的覆蓋層和裝煤車的靜、動負荷作用，也應選用高強度和耐磨損的耐材。炭化室爐門內襯和炭化室兩端的爐頭，由于爐門經常開啟，溫度由1000℃左右驟然降到500℃以下，宜采用抗熱震性較好、荷重軟化溫度較高的高鋁質耐材。斜煙道區，不與煤和焦炭接觸，工作溫度較燃燒室稍低，宜選用硅質耐材。蓄熱室兩側邊墻，冷熱交替溫差較大，宜采用優質黏土磚。蓄熱室格子磚，非承重結構，應有較高蓄熱能力和抗熱震性，應采用黏土磚。
針對耐材應用中的問題，專家們經過討論，認為：炭化室爐門目前常用封釉爐門磚，爐門容易粘附重質焦油，難以清理，爐門容易破損，目前寶武集團寶鋼、武鋼等大型鋼鐵企業都采用大塊澆筑爐門磚，清理難度大大降低。炭化室/燃燒室側壁都采用硅磚，受熱膨脹，推焦時受損嚴重，容易造成爐墻穿漏，不但影響焦炭質量，而且嚴重影響焦爐壽命，增加焦爐維護時間和費用。該部位可采用零膨脹硅磚，大幅降低熱膨脹壓力，且致密度更高，不易造成爐墻穿漏。
會議認為，焦爐耐材總體發展呈現個性定制，高純度化、致密化、精密化，含碳耐火材料的普及化，氧化物和非氧化物材料的復合化，不定形化等特征。其技術發展的方向，一方面從選礦提純與均化上考慮，另一方面則從如何使用低品位原料制備鋁硅系耐火材料考慮。
焦爐耐材的節能減排潛力巨大
目前，焦爐的常規耐材配置情況如下：硅質材料用于爐頂、爐底、斜道、蓄熱室、加熱墻、裝煤孔、觀火孔，黏土磚用于爐頂、蓄熱室、裝煤孔、觀火孔，堇青石、莫來石、紅柱石、硅線石用于爐門。
整座焦爐用硅質材料占耐材用量的比例超過60%，焦爐的壽命及運行質量與硅質材料的質量密切相關。焦爐用硅磚的產品標準也有如下變化：20世紀80年代初引進的是日本JIS標準，21世紀初引進的是德國DIN標準，21世紀第二個10年采用的是寶鋼標準。
可見，多年來，我國的焦爐技術得到不斷提升。但在耐材技術方面仍然沿用傳統耐材，只是標準在提高，特別是在焦爐的節能環保方面，耐材沒有發揮出應有的技術潛力。
為了滿足21世紀大型焦爐的發展要求，國內產、學、研、用各部門聯合研制出高致密硅磚、復合材料預制件、硅磚表面復合陶瓷材料、爐底用新材料、同質同相硅質火泥、熱修補用電熔（低膨脹）硅磚，以及焦爐熱維護新技術等耐火新材料及新技術，并得到廣泛而有效的應用。
例如，新型焦爐耐材高致密硅磚的強度是普通硅磚的1.5倍左右。其氣孔率低、熱導率比傳統焦爐硅磚可提高20%以上，可降低焦爐燃料消耗，減少NOx等污染物排放量，節能環保。在同一條件下，使用高致密硅磚能有效提高焦爐的生產能力。國內運用納米技術，使得硅磚產品在提高磚體密度、導熱能力、抗磨損性能的同時，保留了硅質材料的基本性能。究其原因，這是因為納米級礦化劑的分散性能遠優于傳統礦化劑。它的應用使耐材主晶相和基質結合更緊密，降低了產品氣孔率，同時提高了產品同質性。
這種高致密硅磚在國內大型鋼企焦爐的實際應用結果顯示，在相同的工況下，使用高致密硅磚的焦爐比使用傳統硅磚的焦爐有更好的節能效果。按照結焦時間22小時、年生產時間8760小時測算，50孔×4的高致密硅磚焦爐較傳統硅磚焦爐每年可節約1.24億立方米的混合煤氣，折合標煤為20682噸，節能效果顯著。
在相同的工況條件下，普通硅磚改用高致密硅磚時，在一個周期內，其傳遞到炭化室內的熱量應相同，改變的只是燃燒室內火道的溫度。因此，當高致密硅磚的熱導率為2.33（w/m·k）時，燃燒室內火焰溫度可降46℃。由此可知，高致密硅磚的使用從理論上確實可以降低燃燒室火焰的溫度，有利于降低燃料消耗，從而起到節能減排的效果。
另外，在保證炭化室內溫度不變的情況下，用高致密硅磚砌筑的燃燒室內的火焰溫度可以更低一些；降低火道溫度，有利于降低NOx濃度。在結焦時間相同的條件下，高致密硅磚焦爐的NOx排放量低于傳統硅磚焦爐。按照每燃燒1噸標煤排放7千克NOx計算，企業1座年產247萬噸焦炭的高致密硅磚焦爐與傳統硅磚焦爐相比，每年可減少NOx排放430噸，減排效果顯著。 （來源：中國鋼鐵新聞網）