耐火材料工業(yè)技術(shù)發(fā)展述評

1、耐火材料工業(yè)技術(shù)發(fā)展述評李紅霞中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司2000年以來，我國幾乎所有的高溫工業(yè)的規(guī)模都穩(wěn)居世界之首。粗鋼產(chǎn)量由2001年的1.6 億t增長到2015年的8.03 億t；10種有色金屬產(chǎn)量由2001年的857 萬t增長到2015年的5 090 萬t；水泥產(chǎn)量由2001年的6.61 億t增長到2015年的23.48 億t，平板玻璃產(chǎn)量由2001年的2.096 億重量箱增長到2015年的7.386 億重量箱。在鋼鐵、有色、水泥和玻璃等高溫工業(yè)高速發(fā)展的強勁推動下，我國耐火材料工業(yè)迅速發(fā)展，耐火材料產(chǎn)量持續(xù)增長，從2001年的1 000萬t左右增長到最高時（2011年）的2 9

2、49萬t。目前，我國耐火材料產(chǎn)量已占世界總量的65%左右（如圖1所示），中國已成為世界最大的耐火材料生產(chǎn)和消費國，是世界耐火材料的主要生產(chǎn)基地。近期，傳統(tǒng)高溫工業(yè)處于調(diào)結(jié)構(gòu)、去產(chǎn)能的轉(zhuǎn)折期，對耐火材料行業(yè)的發(fā)展影響深刻，耐火材料產(chǎn)量開始下降，2015年高于2 600萬t，如圖2所示（數(shù)據(jù)來源中國耐火材料行業(yè)協(xié)會）。2016年19月份1610.6萬t，同比下降10.93%，致密定形產(chǎn)品同比下降7.2%，不定形產(chǎn)品下降18.93%，隔熱制品同比增長5.66%。 圖1 2013年全球各地耐火材料產(chǎn)量占比 圖2 20102015年我國耐火材料制品產(chǎn)量1 產(chǎn)品競爭力顯著增強自從2000年以來，我國耐火材

3、料工業(yè)經(jīng)過各方的努力，與世界先進水平的差距逐步縮小，產(chǎn)品參與國際市場競爭力的能力不斷增強，發(fā)達國家與發(fā)展速度較快的國家對我國產(chǎn)品的認可和接受程度逐年增加，出口貿(mào)易額不斷上升，耐火材料產(chǎn)品出口到日本、印度、韓國、美國、俄羅斯等國，市場遍及亞洲、歐洲和美洲等150多個國家和地區(qū)。目前，一方面，我國耐火材料出口量維持在500560萬t（見圖3），出口貿(mào)易額也基本維持在30億美元左右；另一方面，我國進口的耐火材料產(chǎn)品逐步減少，耐火原材料的進口量在2011年超過120萬t后，近幾年耐火原材料的進口量基本超過30萬t，貿(mào)易額大約2億美元，其中，進口的制品量在2.53.4萬t(如圖4所示)，占我國耐火材料制

4、品產(chǎn)量不到0.1%。（注：數(shù)據(jù)來源中國耐火材料行業(yè)協(xié)會）圖3 20102015年我國耐火材料出口情況（注：數(shù)據(jù)來源中國耐火材料行業(yè)協(xié)會）圖4 20102014年我國耐火材料進口情況2 工藝裝備水平隨著我國耐火材料工業(yè)的快速發(fā)展，重點耐材企業(yè)的裝備水平不斷提高，一些國際耐火材料生產(chǎn)巨頭，如奧鎂公司、維蘇威等，以合資或獨資建廠方式進入中國市場，采用國際先進裝備，提高了企業(yè)競爭力。同時國內(nèi)也涌現(xiàn)了一批大型企業(yè)，部分裝備已接近或達到國際先進水平。例如營口青花集團從日本三石深井和德國萊斯公司先后購進10臺2 0003 600 t全自動液壓機和機械手，從德國購進了2臺（套）愛力許混砂機等世界頂級水平的設(shè)備

5、，實現(xiàn)了微機化控制；海城后英集團在從德國萊斯公司購進2 000 t全自動液壓機后，又從日本購進7臺機械手與之配套。同時，國內(nèi)福州海源、山東桑德機械、遼鍛等設(shè)備制造企業(yè)研制生產(chǎn)的大噸位液壓成型設(shè)備、電動螺旋壓磚機等，在各耐火材料企業(yè)也取得了廣泛應(yīng)用。隨著國家對環(huán)保治理力度的加大，重點耐材企業(yè)的質(zhì)量、環(huán)保、節(jié)能意識不斷增強，設(shè)備更新升級加快，裝備水平不斷提高。從原料制備的超磨、高強混碾、電子自動稱量，成型工序高噸位全自動液壓機、電動螺旋壓力機、機械手，到燒成工序的各類全程自動控制高溫爐窯，還有高、精、尖檢測設(shè)備和儀器，已在全行業(yè)各重點企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用和推廣。窯爐高溫技術(shù)有了很大發(fā)展，呈現(xiàn)出大型化

6、、節(jié)能化特點：例如高溫豎窯內(nèi)徑從700 mm到1 800 mm形成系列；高溫隧道窯年生產(chǎn)能力從5 000 到40 000 t，燒成溫度可達到1 800 ?，F(xiàn)代輕體節(jié)能梭式窯采用輕型薄壁窯襯結(jié)構(gòu)（窯襯采用輕質(zhì)材料，壁厚減少到460 mm以下）及高速對流的窯內(nèi)傳熱，使窯升溫快，窯體蓄熱少，達到節(jié)能降耗的目的。輕型節(jié)能梭式窯的燃料消耗僅是普通倒焰窯的30%40%，提高了生產(chǎn)效率，降低了能耗，減少了污染物的排放。此外，耐火材料生產(chǎn)企業(yè)更加注重生產(chǎn)過程的環(huán)保，在各產(chǎn)生粉塵的環(huán)節(jié)配套除塵裝置或粉塵回收裝置，含塵氣體經(jīng)處理達標后排放；耐火材料窯爐配套建設(shè)窯爐煙氣除塵、脫硫、脫硝等治理裝置，煙氣經(jīng)治理達標后排

7、放。綜合分析發(fā)現(xiàn)，我國耐火材料生產(chǎn)工藝水平呈現(xiàn)幾大特點：裝備向大型化、現(xiàn)代化、自動化方向發(fā)展，生產(chǎn)工藝更加節(jié)能環(huán)保，操作管理自動化、智能化水平提高。雖然我國耐火材料生產(chǎn)企業(yè)的裝備水平有了很大的改善，生產(chǎn)自動化程度有所提高，但是與先進國家相比還有一定的差距。這是因為我國耐火材料行業(yè)小，企業(yè)多，先進與落后裝備并存，整體裝備水平需要進一步提高。3 耐火材料行業(yè)的科技進步自從2000年以來，為了滿足鋼鐵、有色、水泥、玻璃等下游行業(yè)生產(chǎn)運行和技術(shù)發(fā)展的需要，耐火材料行業(yè)自主創(chuàng)新，不斷研發(fā)應(yīng)用耐火材料新技術(shù)，取得了多項重大成果，整體質(zhì)量、性能和使用壽命不斷提高，消耗逐年下降。鋼鐵行業(yè)耐火材料的噸鋼消耗已下

8、降到15 kg左右，新型干法水泥窯用耐火材料的消耗已下降0.5 kg/t熟料以下，浮法玻璃窯壽命也達到了8年的水平。以鋼鐵行業(yè)為例，為滿足了鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)高效運行和技術(shù)發(fā)展的需要，耐火材料行業(yè)自主創(chuàng)新，不斷開發(fā)應(yīng)用耐火材料生產(chǎn)新技術(shù)，提高耐火材料產(chǎn)品的性能和使用壽命。例如，燒結(jié)剛玉、燒結(jié)鎂鋁尖晶石等合成原料快速發(fā)展，提升高品級耐火材料比例；微粉、超微粉（或納米）技術(shù)在耐火材料的廣泛應(yīng)用，改善了耐火材料的成型性能、顯微結(jié)構(gòu)、燒結(jié)性能以及不定形耐火材料的施工性能，發(fā)展了自流澆注料、無水泥澆注料、濕式噴射料等新一代材料；復合技術(shù)、梯度多層復合設(shè)計技術(shù)、模擬技術(shù)應(yīng)用改善材料的性能；新型添加劑、結(jié)合劑的應(yīng)

9、用，混練、成型及燒成設(shè)備等的進步，顯著提高了耐火材料產(chǎn)品的質(zhì)量、高溫使用性能和使用壽命。在焦爐方面，中鋼洛耐院研發(fā)的復相結(jié)合碳化硅材料應(yīng)用于干熄焦的牛腿部位，使牛腿部位壽命由1.5年提高到6年以上；在煉鐵方面，研發(fā)出高爐爐缸用微孔炭磚、超微孔炭磚、高導熱微孔模壓炭磚、石墨磚、燒成微孔鋁碳磚、微孔剛玉磚、微孔碳復合磚等系列產(chǎn)品，不斷提高高爐爐缸的使用壽命。中鋼洛耐院開發(fā)出全氮化硅結(jié)合碳化硅風口組合磚，材料性能優(yōu)越，可滿足高爐長壽要求；自主研發(fā)的賽隆結(jié)合剛玉產(chǎn)品，成功應(yīng)用于寶鋼COREX-C3000裝置；開發(fā)環(huán)保Al2O3-SiC-C出鐵溝澆注料、高效能環(huán)保炮泥等系列新產(chǎn)品，促進了高爐綠色環(huán)保生產(chǎn)

10、技術(shù)的發(fā)展。在高爐熱風爐方面，我國自主研發(fā)出系列高性能耐材產(chǎn)品(莫來石、硅線石、低蠕變磚)，多家鋼廠使用效果良好；安耐克實業(yè)公司開發(fā)的大型高風溫頂燃式熱風爐技術(shù)裝備在首鋼京唐級高爐應(yīng)用，取得了燃料比480 kg/t、風溫達1 300 的國際領(lǐng)先水平，經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益明顯。在煉鋼方面，開發(fā)出復吹轉(zhuǎn)爐供氣元件，復吹壽命大于10 000爐，且在終點C在0.03%0.08%范圍內(nèi)，鋼水中的碳氧積可達到0.00251；在鋼包方面，研發(fā)出低碳MgO-C質(zhì)鋼包、VD渣線材料（w（C）5%），服役時鋼水增碳少，壽命長；在施工方面，研發(fā)出鋼包整體澆注成套工藝、鋼包噴補續(xù)襯焊接技術(shù)等，推動了煉鋼清潔生產(chǎn)技術(shù)的

11、進步，節(jié)能減排，循環(huán)經(jīng)濟。在精煉與連鑄方面，研制出鎂鈣系耐火制品應(yīng)用于AOD爐，使用效果良好；中鋼集團耐火材料公司所研制的無鉻不燒鎂尖晶石材料成功替代鎂鉻磚應(yīng)用于RH爐，減少了鉻污染。中鋼集團洛耐院與濮耐高溫材料有限公司等開發(fā)出梯度多層復合高性能功能耐火材料系列產(chǎn)品，不僅在國內(nèi)推廣應(yīng)用，還出口美國、俄羅斯、韓國等，可滿足潔凈鋼和特種鋼連鑄需求。當前，我國耐火材料產(chǎn)品整體質(zhì)量水平呈現(xiàn)不斷提高，耐火材料消耗逐年下降的趨勢。我國大中型鋼鐵企業(yè)的噸鋼耐火材料消耗已下降到15 kg左右，最好的為9.3 kg。4 未來耐火材料行業(yè)的發(fā)展方向為滿足高溫工業(yè)技術(shù)進步，實現(xiàn)高效、低耗、減排的綠色發(fā)展目標，今后耐

12、火材料科技的主要任務(wù)是拓展功能與智能化發(fā)展，滿足并促進高溫工業(yè)技術(shù)進步和質(zhì)量提升，以耐火材料的輕量化提高高溫工業(yè)能效，降低配套材料負荷，以耐火材料長壽、減量化提高高溫行業(yè)生產(chǎn)效率。（1）耐火材料技術(shù)發(fā)展的方向。減量化：耐火材料長壽化與減量化研究，以提高耐火材料服役壽命、減少耐火材料消耗為宗旨的耐火材料組成、結(jié)構(gòu)、性能一體化設(shè)計和全壽命調(diào)控技術(shù)。輕量化：耐火材料輕量化與節(jié)能化研究，發(fā)展多層面的耐火材料節(jié)能設(shè)計，實現(xiàn)耐火材料在高溫裝置作業(yè)過程中的節(jié)能效果最大化；多孔高強、微孔高強/高抗侵蝕輕質(zhì)耐火材料、孔尺寸、分布及顯氣孔率對材料抗侵蝕性能的影響。功能化：耐火材料功能化與部件化研究，耐火材料關(guān)鍵高

13、溫性能提升和耐火材料適應(yīng)服役條件的定制設(shè)計。智能化：以開發(fā)出智能化高溫工程材料與儀器裝置，實現(xiàn)高溫裝備的溫度管理、侵蝕管理等，獲得在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)收集、遠程診斷等功能，提高耐火材料高溫應(yīng)用的安全性，同時減少耐火材料的使用與排放。同時通過數(shù)據(jù)的分析，優(yōu)化耐火材料的設(shè)計與配置，提高冶金高溫裝置的使用效率，促進冶金流程的高效、連續(xù)、緊湊運行。（2）提高耐火原料資源的綜合利用率和用后耐火材料的再資源率。我國耐火原料資源的利用率偏低，用后耐火材料的不合理處置造成環(huán)境污染。做好廢棄耐火粉礦、低品位礦回收利用工作，開發(fā)用后耐火材料的綜合利用技術(shù)，獲得各類有價值的原料，以制作不同種類和品級耐火材料，降低國家礦物

14、資源和能源消耗，減少對耕地占用和環(huán)境污染、降低耐火材料的生產(chǎn)成本。具體措施是強化用后耐火材料資源化、工程化集成技術(shù)研究，如分類和揀選方法、除雜和均化處理方法，研究用后耐火材料資源化技術(shù)和再利用材料的設(shè)計制備參數(shù)等工藝對所制備耐火材料性能的影響；研究直接利用低品位礦、粉礦合成耐火原料，利用廢棄粉礦制備不定形耐火材料技術(shù)等。（3）優(yōu)化耐火材料制備工藝流程與提高裝備技術(shù)水平。耐火材料本身為密集型產(chǎn)業(yè)，多年來，耐火材料的制造流程優(yōu)化研究沒有得到重視。今后應(yīng)關(guān)注耐火材料制造過程的物質(zhì)流、能源流和信息流，減少各工藝過程物質(zhì)消耗，關(guān)注在耐火材料的制備過程中能源的耗散，優(yōu)化制備過程各工藝界面的布局，結(jié)合物料流程信息創(chuàng)新技術(shù)縮短流程，使耐火材料制備過程的物耗、能耗最低化。此外，需要關(guān)注單體裝備技術(shù)、效能的