針對(duì)從21世紀(jì)初開始的焦炭供應(yīng)不足的問題，專家提出21世紀(jì)高效與環(huán)保型超級(jí)焦?fàn)t應(yīng)實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：將煉焦利用劣質(zhì)煤的比例從20%提高到50%，將焦?fàn)t生產(chǎn)效率提高3倍，使煉焦過程產(chǎn)生的NOx減少30%，實(shí)現(xiàn)無煙無塵密閉生產(chǎn)，節(jié)省能源20%。

這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，與焦?fàn)t用耐火材料的生產(chǎn)和應(yīng)用密切相關(guān)。

在現(xiàn)代煉焦生產(chǎn)中，焦?fàn)t呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

因此，焦?fàn)t的技術(shù)進(jìn)步離不開耐材的技術(shù)進(jìn)步。

耐材專家表示，焦?fàn)t日常維護(hù)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?fàn)t硅磚，亦用于修補(bǔ)爐墻；

堇青石爐門磚，由堇青石燒制而成，亦用于修補(bǔ)爐門；

灌漿料，主要成分為磷酸+粘土料+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，主要成分為粘土+水，用于澆筑爐蓋；

石棉氈，主要成分為石棉，用于焦?fàn)t環(huán)保堵漏；高溫橡膠板，主要成分為耐高溫橡膠，用于修補(bǔ)爐門。

據(jù)介紹，目前焦?fàn)t耐材的選擇基本采用以下標(biāo)準(zhǔn)：

炭化室/燃燒室側(cè)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(zhì)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(yīng)選用高強(qiáng)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(dòng)負(fù)荷作用，也應(yīng)選用高強(qiáng)度和耐磨損的耐材。

炭化室爐門內(nèi)襯和炭化室兩端的爐頭，由于爐門經(jīng)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(zhì)耐材。

斜煙道區(qū)，不與煤和焦炭接觸，工作溫度較燃燒室稍低，宜選用硅質(zhì)耐材。

蓄熱室兩側(cè)邊墻，冷熱交替溫差較大，宜采用優(yōu)質(zhì)粘土磚。

蓄熱室格子磚，非承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)有較高蓄熱能力和抗熱震性，應(yīng)采用粘土磚。

針對(duì)耐材應(yīng)用中的問題，專家們認(rèn)為：

1、炭化室爐門目前常用封釉爐門磚，爐門容易粘附重質(zhì)焦油，難以清理，爐門容易破損，目前寶武集團(tuán)寶鋼、武鋼等大型鋼鐵企業(yè)都采用大塊澆筑爐門磚，清理難度大大降低。

2、炭化室/燃燒室側(cè)壁都采用硅磚，受熱膨脹，推焦時(shí)受損嚴(yán)重，容易造成爐墻穿漏，不但影響焦炭質(zhì)量，而且嚴(yán)重影響焦?fàn)t壽命，增加焦?fàn)t維護(hù)時(shí)間和費(fèi)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。

目前，焦?fàn)t耐材總體發(fā)展呈現(xiàn)個(gè)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(fù)合化，不定形化等特征。其技術(shù)發(fā)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。

目前，焦?fàn)t的常規(guī)耐材配置情況如下：硅質(zhì)材料用于爐頂、爐底、斜道、蓄熱室、加熱墻、裝煤孔、觀火孔，粘土磚用于爐頂、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?fàn)t用硅質(zhì)材料占耐材用量的比例超過60%，焦?fàn)t的壽命及運(yùn)行質(zhì)量與硅質(zhì)材料的質(zhì)量密切相關(guān)。焦?fàn)t用硅磚的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也有如下變化：20世紀(jì)80年代初引進(jìn)的是日本JIS標(biāo)準(zhǔn)，21世紀(jì)初引進(jìn)的是德國DIN標(biāo)準(zhǔn)，21世紀(jì)第二個(gè)10年采用的是寶鋼標(biāo)準(zhǔn)。

可見，多年來，我國的焦?fàn)t技術(shù)得到不斷提升。但在耐材技術(shù)方面仍然沿用傳統(tǒng)耐材，只是標(biāo)準(zhǔn)在提高，特別是在焦?fàn)t的節(jié)能環(huán)保方面，耐材沒有發(fā)揮出應(yīng)有的技術(shù)潛力。

為了滿足21世紀(jì)大型焦?fàn)t的發(fā)展要求，國內(nèi)產(chǎn)、學(xué)、研、用各部門聯(lián)合研制出高致密硅磚、復(fù)合材料預(yù)制件、硅磚表面復(fù)合陶瓷材料、爐底用新材料、同質(zhì)同相硅質(zhì)火泥、熱修補(bǔ)用電熔（低膨脹）硅磚，以及焦?fàn)t熱維護(hù)新技術(shù)等耐火新材料及新技術(shù)，并得到廣泛而有效的應(yīng)用。

例如，新型焦?fàn)t耐材高致密硅磚的強(qiáng)度是普通硅磚的1.5倍左右。其氣孔率低、熱導(dǎo)率比傳統(tǒng)焦?fàn)t硅磚可提高20%以上，可降低焦?fàn)t燃料消耗，減少NOx等污染物排放量，節(jié)能環(huán)保。在同一條件下，使用高致密硅磚能有效提高焦?fàn)t的生產(chǎn)能力。

國內(nèi)運(yùn)用納米技術(shù)，使得硅磚產(chǎn)品在提高磚體密度、導(dǎo)熱能力、抗磨損性能的同時(shí)，保留了硅質(zhì)材料的基本性能。究其原因，這是因?yàn)榧{米級(jí)礦化劑的分散性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)礦化劑。它的應(yīng)用使耐材主晶相和基質(zhì)結(jié)合更緊密，降低了產(chǎn)品氣孔率，同時(shí)提高了產(chǎn)品同質(zhì)性。

這種高致密硅磚在國內(nèi)大型鋼企焦?fàn)t的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，在相同的工況下，使用高致密硅磚的焦?fàn)t比使用傳統(tǒng)硅磚的焦?fàn)t有更好的節(jié)能效果。按照結(jié)焦時(shí)間22小時(shí)、年生產(chǎn)時(shí)間8760小時(shí)測算，50孔×4的高致密硅磚焦?fàn)t較傳統(tǒng)硅磚焦?fàn)t每年可節(jié)約1.24億立方米的混合煤氣，折合標(biāo)煤為20682噸，節(jié)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(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)，其傳遞到炭化室內(nèi)的熱量應(yīng)相同，改變的只是燃燒室內(nèi)火道的溫度。因此，當(dāng)高致密硅磚的熱導(dǎo)率為2.33（w/m·k）時(shí)，燃燒室內(nèi)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(shí)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(jié)能減排的效果。

另外，在保證炭化室內(nèi)溫度不變的情況下，用高致密硅磚砌筑的燃燒室內(nèi)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(jié)焦時(shí)間相同的條件下，高致密硅磚焦?fàn)t的NOx排放量低于傳統(tǒng)硅磚焦?fàn)t。按照每燃燒1噸標(biāo)煤排放7千克NOx計(jì)算，企業(yè)1座年產(chǎn)247萬噸焦炭的高致密硅磚焦?fàn)t與傳統(tǒng)硅磚焦?fàn)t相比，每年可減少NOx排放430噸，減排效果顯著。