1800℃耐火砖 军舰动力的“护心镜”

国产航母001A采用4台国产蒸汽轮机作为动力系统，蒸汽轮机动力来源于锅炉，锅炉烧的好，战舰才有好的战斗能力，而耐火砖是锅炉保持战斗力的重要组成部分。

（舰艇蒸汽轮机主动力装置工作原理图：1. 锅炉2．过热器 3．主蒸汽管路 4．高压汽轮机 5．低压汽轮机 6．减速齿轮 7．螺旋桨 8．冷凝器 9．冷却水循环泵 10．凝水泵 11．给水泵 12．给水预热器；其中锅炉产生的高温高压蒸汽通过蒸汽轮机的涡轮传动系统，带动螺旋桨旋转，推动舰艇运动。蒸汽在高、低压蒸汽轮机中作功后，排入冷凝器凝结成水，经给水泵回到锅炉中，形成一个闭式的汽水循环。）

炉温1800℃

舰用燃油锅炉使用比普通的高温工业更加严苛的军用耐火砖。锅炉产生蒸汽，到轮机涡轮转动输出功，完成整个循环的过程，被称为郎肯循环，这种循环效率的提高需要，升高进气口蒸汽温度或者降低排气口温度两点来保证；排气口温度的降低依靠冷凝器实现，对于热机效率提升可操作空间有限，所以主要靠尽可能的提高蒸汽压力和温度来保证高的效率。这就对耐火砖有很高的要求。

（郎肯热力循环）

大型水面舰艇一般采用重油作为燃料，燃料持续燃烧后，炉内温度超过1800℃，有时甚至高达两千度。炉内燃烧产生的热量通过传导、辐射和对流的方式将锅炉内的水加热变成高温高压的蒸汽。既要保证炉内稳定高温来保证轮机的效率，又要让炉内高温不往外蔓延破坏锅炉壁，舰船锅炉的耐火砖厚度不过10厘米左右，但要保证迎火面的温度接近2000℃的情况下，背火面的温度低于300℃，不然锅炉的钢铁外壳就可能发软变形，锅炉就会报废甚至爆炸，因此耐火装也被成为军舰动力的“护心镜”。

耐火砖的中国配方

耐火砖是这一保障体系中的重要一环。耐火砖是一种常见的定型耐火材料，是高温工业中必不可少的基础材料。高温工业使用中要求耐火砖的耐火温度不低于1580℃，而耐火砖之所以能够承受如此高温而不失效则主要是因为生产耐火砖的原料和工艺决定的。耐火砖是一类无机非金属材料，生产制造所用原料一般是天然矿石，本身耐火度就很高，如铝矾土（主要成分氧化铝）、硅石（主要成分二氧化硅）、菱镁矿（主要成分氧化镁）等。

（耐火砖）

决定耐火砖品质的首要是其化学配方，决定了材料的耐高温抵抗能力；其次是其烧结后的致密性，致密性好的耐火砖有强度高的特点，能够被用于存在极端机械应力、化学应力及热应力的使用环境，但其导热性也强，保温效果不好。当耐火砖的使用温度超过其极限之后，就可能会产生变形，而使用环境中的应力、振动等也会引起其破坏。

中国在耐火材料原料选择上，因为菱镁矿、铝硅系方面储量丰富，以著名耐火材料专家钟香崇院士为首的研究人员，根据中国资源特点，开发了具有中国特色的镁铝耐火砖和高铝耐火砖，在平炉、电炉、高炉有广泛应用，处于当时的世界领先地位。

锅炉由燃烧设备、燃烧室炉膛及烟道组成。燃烧室和烟道则通过炉墙围成，是锅炉本体的重要组成部分，炉墙的内侧受到火焰的高温辐射，就只能通过耐高温的耐火砖来砌成。而炉膛的耐火砖一旦受损坍塌，其外的保温层和锅炉外壳就无法承受高温而被破坏，就会使得战舰丧失全部动力。不管是使用蒸汽或是核动力，都需要良好质量的耐火砖。

（D型锅炉结构和炉膛内壁结构）

耐火砖的纳米小孔

以往我军舰用锅炉采用硅酸铝质耐火纤维材料，耐火砖遇到冲击和振动会发生坍塌，而且耐火温度有限，工作寿命短，需要频繁更换，影响了舰艇机动性和在航率的同时，也产生大量维修成本。

为研制高性能耐火砖，避免了重点武器装备受制于人。海军工程大学的杨自春团队，采用了新型陶瓷复合材料作为新的解决方案，其中加入了20多种其他材料，以保证耐火砖具备耐热性好、使用寿命长的特点的同时，还具备相当的强度和韧性。

虽然陶瓷材料虽然耐热性好，但传热性能也好，很难做到耐火的同时隔热。传统的做法是在耐火砖中造孔，因为空气是热的不良导体，通过在材料中做出大量微孔的结构来实现隔热。以往的研究中认为孔结构越大、气孔密度越大的材料，隔热效果越好。但杨自春研究中却发现一定范围内气孔直径小的比直径大的隔热效果好，并以此做出的纳米孔超级绝热材料在常温和设定的温度下有比空气更低的绝热系数。

（多孔材料优异的隔热性能）

随着中国工业发展水平不断提高，对耐火材料的需求越来越大，在市场需求的拉动下，中国耐火材料工业发展迅速，生产工艺技术和装备水平不断提升，如今中国的耐火材料质量与品种都得到很大的提高与发展，耐火材料技术水平也在迅速接近国际先进水平，耐火材料产量和出口量都稳居世界第一。