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(huán)保型超級焦爐應實現(xiàn)下列目標：將煉焦利用劣質(zhì)煤的比例從20%提高到50%，將焦爐生產(chǎn)效率提高3倍，使煉焦過程產(chǎn)生的NOx減少30%，實現(xiàn)無煙無塵密閉生產(chǎn)，節(jié)省能源20%。

這一目標的實現(xiàn)，與焦爐用耐火材料的生產(chǎn)和應用密切相關。

在現(xiàn)代煉焦生產(chǎn)中，焦爐呈現(xiàn)以下特點：

因此，焦爐的技術進步離不開耐材的技術進步。

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，用于砌筑焦爐硅磚，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+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，用于焦爐環(huán)保堵漏；高溫橡膠板，主要成分為耐高溫橡膠，用于修補爐門。

據(jù)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(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(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)，應有較高蓄熱能力和抗熱震性，應采用粘土磚。

針對耐材應用中的問題，專家們認為：

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，推焦時受損嚴重，容易造成爐墻穿漏，不但影響焦炭質(zhì)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。

目前，焦爐耐材總體發(fā)展呈現(xiàn)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(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，焦爐的常規(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。

整座焦爐用硅質(zhì)材料占耐材用量的比例超過60%，焦爐的壽命及運行質(zhì)量與硅質(zhì)材料的質(zhì)量密切相關。焦爐用硅磚的產(chǎn)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(tǒng)耐材，只是標準在提高，特別是在焦爐的節(jié)能環(huán)保方面，耐材沒有發(fā)揮出應有的技術潛力。

為了滿足21世紀大型焦爐的發(fā)展要求，國內(nèi)產(chǎn)、學、研、用各部門聯(lián)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(zhì)同相硅質(zhì)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(tǒng)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(jié)能環(huán)保。在同一條件下，使用高致密硅磚能有效提高焦爐的生產(chǎn)能力。

國內(nèi)運用納米技術，使得硅磚產(chǎn)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(zhì)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(yōu)于傳統(tǒng)礦化劑。它的應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)大型鋼企焦爐的實際應用結(jié)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(tǒng)硅磚的焦爐有更好的節(jié)能效果。按照結(jié)焦時間22小時、年生產(chǎn)時間8760小時測算，50孔×4的高致密硅磚焦爐較傳統(tǒng)硅磚焦爐每年可節(jié)約1.24億立方米的混合煤氣，折合標煤為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，在一個周期內(nèi)，其傳遞到炭化室內(nèi)的熱量應相同，改變的只是燃燒室內(nèi)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(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)焦時間相同的條件下，高致密硅磚焦爐的NOx排放量低于傳統(tǒng)硅磚焦爐。按照每燃燒1噸標煤排放7千克NOx計算，企業(yè)1座年產(chǎn)247萬噸焦炭的高致密硅磚焦爐與傳統(tǒng)硅磚焦爐相比，每年可減少NOx排放430噸，減排效果顯著。