【中國(guó)耐火材料網(wǎng)】
10月13日上午8：30， "第十七屆全國(guó)耐火材料青年學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)"在洛陽(yáng)拉開序幕。來(lái)自耐火材料及上下游行業(yè)的科研院所、高校、生產(chǎn)企業(yè)等單位的500余名代表參加了會(huì)議，座無(wú)虛席，是近年來(lái)參會(huì)人數(shù)最多的一次，是耐火材料行業(yè)的一次盛會(huì)。
10月13日上午9：00-12:00，中鋼股份總工程師、中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院李紅霞教授級(jí)高工，中國(guó)耐火材料行業(yè)協(xié)會(huì)徐殿利顧問，北京鋼協(xié)冶金科技發(fā)展有限公司李庭壽博士，北京科技大學(xué)李勇教授，武漢科技大學(xué)李亞偉教授，寶鋼中央研究院（武漢）徐國(guó)濤博士六位專家做了精彩的特邀報(bào)告。報(bào)告主持分別是中國(guó)金屬學(xué)會(huì)耐火材料分會(huì)秘書長(zhǎng)、中鋼洛耐院王戰(zhàn)民副院長(zhǎng)和耐火材料分會(huì)副主任委員、西安建筑科技大學(xué)肖國(guó)慶教授。
王戰(zhàn)民主持報(bào)告
《耐火材料功能化和綠色化研究進(jìn)展》
李紅霞
我國(guó)鋼鐵工業(yè)產(chǎn)量世界第一，但大而不強(qiáng)，綠色和高品質(zhì)制造是改變這一問題的有效模式。耐火材料是鋼鐵工業(yè)安全高效運(yùn)行的重要支撐，其科技進(jìn)步有力推動(dòng)著鋼鐵工業(yè)綠色制造。我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)耐火材料品種質(zhì)量和性能提出更高要求，長(zhǎng)壽化、功能化與綠色化是耐火材料技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。
我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的90%為長(zhǎng)流程，能源效率較發(fā)達(dá)國(guó)家低10%，氧氮化物排放占工業(yè)排放的10%。從鋼鐵流程出發(fā)，李博士重點(diǎn)介紹了以下內(nèi)容：
(1)焦?fàn)t用功能化耐火材料。它的技術(shù)難題是硅質(zhì)材料結(jié)構(gòu)性與熱導(dǎo)性相互制約的矛盾，爐門、裝煤孔等材料結(jié)構(gòu)性與抑制飛灰等附著的功能性矛盾。為此，開發(fā)了高導(dǎo)熱硅質(zhì)材料，使得焦?fàn)t爐門功能化。
(2)轉(zhuǎn)爐用耐火材料。轉(zhuǎn)爐底部耐火材料損壞嚴(yán)重，尤其是底吹粉時(shí)，壽命不足2000爐。為此，將透氣元件的壽命提高，改進(jìn)轉(zhuǎn)爐耐火材料配置及透氣元件，實(shí)現(xiàn)滑板擋渣，開發(fā)轉(zhuǎn)爐滑板用致密氧化鋯材料。
(3)轉(zhuǎn)爐、鋼包等高效隔熱耐火材料。陶瓷纖維導(dǎo)致鋼水過熱度高，而進(jìn)口隔熱材料價(jià)格高。為此，采用功能化符合調(diào)控服役性能的材料設(shè)計(jì)理念和流態(tài)化分散技術(shù)制備了低導(dǎo)熱、高體積穩(wěn)定的新型環(huán)保納米隔熱材料。
（4）精煉爐用關(guān)鍵耐火材料。其面臨的技術(shù)難題是無(wú)鉻材料的長(zhǎng)壽化和低成本化。為此，開發(fā)氧化鎂-鎂鋁尖晶石復(fù)合材料替代鎂鉻材料、芯板型復(fù)合結(jié)構(gòu)透氣元件。
（5）連鑄用耐火材料。浸入式水口堵塞、掛渣問題日益突出。為此，優(yōu)化水口內(nèi)部流場(chǎng)，創(chuàng)新浸入式水口結(jié)構(gòu)，通過電場(chǎng)調(diào)控等。
（6）薄帶連鑄用耐火材料。排放、能耗、成本等問題一直是困擾。為此，針對(duì)三大關(guān)鍵部件鑄輥、布流水口、側(cè)封板，尤其是后兩者重點(diǎn)做了改進(jìn)。
"耐火材料發(fā)展要適應(yīng)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)品高端化、綠色化、智能化發(fā)展的需要。"在演講的最后，李博士語(yǔ)重心長(zhǎng)的談到。
《實(shí)現(xiàn)耐火材料行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的思考》
徐殿利
耐火材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展當(dāng)中有著不可替代的重要作用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年中國(guó)的耐火材料產(chǎn)量占全球69%（世界耐材協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)），目前約占60%以上。2001年至2014年，國(guó)內(nèi)年均基建工程用耐火材料需求量約450萬(wàn)噸左右，但不定形耐火材料占比僅在42%左右，與先進(jìn)國(guó)家比仍有一定差距。我國(guó)耐火材料品種、質(zhì)量和產(chǎn)量完全能夠滿足國(guó)內(nèi)高溫工業(yè)的需求，2019年耐火制品進(jìn)口量約占國(guó)內(nèi)需求量的0.2%。出口方面，2009年前，耐火制品出口貿(mào)易額高于耐火原料。2010年至今，耐火原料出口貿(mào)易額一直高于耐火制品。主要是耐火原料出口量逐年增長(zhǎng)幅度較大所制。產(chǎn)業(yè)集中度方面，我國(guó)前10家企業(yè)銷售收入2018年最高達(dá)277.84億元，比2008年增長(zhǎng)161.42%，2019年同比下降6.26%，比2008年增長(zhǎng)145.10%。
徐顧問指出了目前制約行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主要問題是：產(chǎn)能嚴(yán)重過剩和產(chǎn)業(yè)集中度低。我國(guó)耐火材料產(chǎn)能已由"結(jié)構(gòu)性過剩"轉(zhuǎn)變?yōu)?全面過剩"，導(dǎo)致產(chǎn)品低價(jià)競(jìng)銷和市場(chǎng)秩序混亂的局面，并且在短期內(nèi)靠行業(yè)自律難以解決。盡管近年來(lái)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)集中度有所提高，但整體看，耐材企業(yè)多為小本經(jīng)營(yíng)，各自為戰(zhàn)。市場(chǎng)秩序混亂，惡性競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重。此外生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理粗放，質(zhì)量（穩(wěn)定性差）、成本（消耗高），自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，研發(fā)投入不足，環(huán)保欠賬較多。
他強(qiáng)調(diào)：要實(shí)現(xiàn)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，應(yīng)引入"四個(gè)一流"的概念，即一流的企業(yè)、一流的技術(shù)、一流的產(chǎn)品和一流的環(huán)境。目前我國(guó)耐火材料行業(yè)生產(chǎn)集中度低，到目前為止，還沒有進(jìn)入國(guó)際排名前10的企業(yè)。需要通過各種聯(lián)合重組的方式扶優(yōu)扶強(qiáng)，打造3~5家至少2~3家在規(guī)模、技術(shù)、產(chǎn)品等諸多方面能夠站在世界前沿的耐火材料企業(yè)集團(tuán)。
《新發(fā)展階段、新發(fā)展格局，中國(guó)耐材業(yè)的發(fā)展》
李庭壽
原冶金工業(yè)科技發(fā)展中心副主任、耐火材料分會(huì)副主任委員李庭壽博士在報(bào)告序言中指出，我國(guó)即將進(jìn)入第十四個(gè)五年計(jì)劃。高質(zhì)量發(fā)展的新發(fā)展階段和以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為 主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局，是新時(shí)代新形勢(shì)下的新的發(fā)展要求。
李博士簡(jiǎn)要回顧了全國(guó)青年耐火材料報(bào)告會(huì)初期情況。中國(guó)金屬學(xué)會(huì)、中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)耐火材料分會(huì)創(chuàng)會(huì)理事長(zhǎng)已故鐘香崇院士、嚴(yán)行健副理事長(zhǎng)、陸家銓副理事長(zhǎng)等老一輩專家，創(chuàng)辦全國(guó)青年耐火材料報(bào)告會(huì)，目的就是希望培養(yǎng)提攜青年科技工作者，使耐材業(yè)后繼有人，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
他簡(jiǎn)要概述了鋼鐵業(yè)發(fā)展概況和歷史上鋼鐵業(yè)淘汰落后、遏制產(chǎn)能的過程。指出，鋼鐵業(yè)布局優(yōu)化，向沿海升級(jí)發(fā)展，將推動(dòng)鋼鐵業(yè)三個(gè)轉(zhuǎn)變。快速發(fā)展的中國(guó)鋼鐵業(yè)不僅顯著推動(dòng)了世界鋼鐵業(yè)的增長(zhǎng)，在雙循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新格局中，鋼鐵業(yè)大有作為；中國(guó)寶武戰(zhàn)略重組、做大做強(qiáng)，將推動(dòng)鋼鐵業(yè)進(jìn)入新發(fā)展階段。
他分析中國(guó)耐材業(yè)狀況，包括需求側(cè)消費(fèi)、消耗情況以及集中度、布局等存在的問題。需求側(cè)（終端）消費(fèi)耐材總額，目前估計(jì)在700~850億元/年，需求決定供給。需求側(cè)消耗耐材總量目前估計(jì)2000萬(wàn)噸，"十四五"末或"十五五"初，將下降到1500萬(wàn)噸。
他認(rèn)為制約耐材業(yè)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展新階段的主要問題是：1）集中度太低，布局尚需優(yōu)化；2）創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)不足，研發(fā)創(chuàng)新與應(yīng)用結(jié)合有待加強(qiáng)；3）涉及高端材料卡脖子問題的相關(guān)耐火材料問題，跟蹤不夠，研發(fā)不足。
他認(rèn)為：按照"一體化"意識(shí)、"一盤棋"思想要求，結(jié)合中國(guó)寶武開展的包括對(duì)瑞泰科技等進(jìn)行的戰(zhàn)略重組和中鋼耐火科技股份有限公司的成立，提高集中度是新格局下中國(guó)耐材業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，也是中國(guó)耐材業(yè)大有希望所在。
他提出"十四五"耐材業(yè)力爭(zhēng)達(dá)到五個(gè)目標(biāo)。1）集中度大幅度提高，形成具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的領(lǐng)頭企業(yè)。百億級(jí)領(lǐng)頭企業(yè)2家以上，50億級(jí)骨干企業(yè)5家以上，10億級(jí)特色企業(yè)20家以上；2）產(chǎn)能過剩基本遏制，布局得到基本優(yōu)化；3）智能綠色制造、智能施工維護(hù)和全循環(huán)再利用成為主流；勞動(dòng)生產(chǎn)率、環(huán)保、能耗等指標(biāo)和噸鋼耐材單耗達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；4）形成核心關(guān)鍵集成技術(shù)，科技創(chuàng)新成為發(fā)展動(dòng)力；5）在以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新格局中，邁向高質(zhì)量發(fā)展的新發(fā)展階段。
肖國(guó)慶主持報(bào)告
《鈦化合物價(jià)態(tài)調(diào)控機(jī)制》
李勇
李教授講解了研究背景，其內(nèi)容主要包括：1）鈦化合物的特性：Ti2O3中含有3價(jià)鈦離子，同時(shí)兼具氧化性與還原性；Ti2O3在氧化氣氛下反應(yīng)趨勢(shì)Ti2O3+O2+Al2O3→TiO2+Al2TiO5；Ti2O3在還原氣氛下生成TiC/TiN/TiCN，降低體系的粘度、形成保護(hù)層。2）碳化鈦與氮化鈦：氮化鈦，俗稱"鈦金"，具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、耐酸堿浸蝕、耐磨損、高溫化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。TiC和TiN均屬于非化學(xué)計(jì)量化合物。C和N的含量可在一定范圍內(nèi)變化而不引起TiC、TiN的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。即為Ti(C,N)固溶體、Ti(C,N)兼具TiN和TiC的優(yōu)點(diǎn)。3）鈦的碳熱還原。
李教授還講了研究進(jìn)展：1）產(chǎn)品制備工藝：改進(jìn)了鋁熱還原法冶煉金屬鈦工藝；2）原料的生產(chǎn)：經(jīng)電爐電熔后得到表面含TiN的原料；3）對(duì)表面含TiN的原料進(jìn)行了理化性能檢測(cè)，相組成測(cè)試，抗渣試驗(yàn)，氧化氣氛試驗(yàn)和氮?dú)鈿夥赵囼?yàn)。
李教授得出如下結(jié)論：1）改進(jìn)鋁熱法冶煉金屬鈦工藝后得到物相為Ti2O3和剛玉的主晶相的新材料；2） Ti2O3兼具氧化性質(zhì)和還原性質(zhì)，可通過調(diào)控氣氛控制其實(shí)際使用過程中的產(chǎn)物；3）所得新材料在耐火、磨料、超導(dǎo)材料等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用前景。
《耐火材料力學(xué)行為表征方法》
李亞偉
耐火材料力學(xué)行為對(duì)高溫工業(yè)窯爐長(zhǎng)壽、安全可靠運(yùn)行具有重要的意義。耐火材料屬于脆性材料，溫度梯度和溫差變化都會(huì)引起耐火材料熱機(jī)械失效。在耐火材料斷裂過程中，裂紋開口位移用于評(píng)價(jià)材料承受應(yīng)變能力大小的參數(shù)。深入了解材料損毀機(jī)制和斷裂行為具有重要意義。
李教授介紹了耐火材料力學(xué)測(cè)試和輔助表征方法方面的原理，例如楔形劈裂法、直接拉伸法、圖像相關(guān)法、聲發(fā)射法。并列舉案例先介紹其裝置再介紹其應(yīng)用。案例1，楔形劈裂法結(jié)合圖像相關(guān)和聲發(fā)射法，將之應(yīng)用于鎂質(zhì)、鎂鉻質(zhì)、鎂尖晶石質(zhì)材料的理化性能的檢測(cè)，評(píng)價(jià)其斷裂過程。案例2，巴西劈裂法結(jié)合圖像相關(guān)和聲發(fā)射法。案例3，直接拉伸法結(jié)合圖像相關(guān)和聲發(fā)射法。
李教授得出結(jié)論如下：1）楔形劈裂法、巴西劈裂法、直接拉伸法等力學(xué)行為評(píng)價(jià)方法，測(cè)定材料的抗拉強(qiáng)度，用于表征材料抗熱沖擊能力，同時(shí)可以加深理解材料力學(xué)性能與顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系；2）圖像相關(guān)技術(shù)結(jié)合聲發(fā)射法可以實(shí)時(shí)觀察材料失效過程，對(duì)致密耐火材料如澆注料、含碳耐火材料等斷裂行為更有意義，對(duì)材料設(shè)計(jì)與制備起指導(dǎo)作用。
李教授的研究為耐火材料斷裂過程的研究提供了新的依據(jù)。拋磚引玉，李教授旨在為今后耐火材料的力學(xué)行為研究提供一些新的思路和方法。
《焦?fàn)t蓄熱室格子磚損毀原因分析及問題探討》
徐國(guó)濤
焦?fàn)t使用壽命很長(zhǎng)，其蓄熱室用格子磚的性能要求一般應(yīng)滿足長(zhǎng)達(dá)25～45年的使用周期。因?yàn)槠涫褂脺囟纫话阍? 300 ℃以下，使用的材質(zhì)也就是黏土磚、半硅磚或者兩者的分層砌筑。武鋼7.63 m焦?fàn)t是從德國(guó)引進(jìn)的超大型焦?fàn)t，其焦?fàn)t蓄熱室采用分格式設(shè)計(jì)，空氣和煤氣通過蓄熱室下部噴射板進(jìn)行調(diào)節(jié)，爐襯采用黏土磚和半硅磚，分若干層交錯(cuò)砌筑。武鋼焦?fàn)t運(yùn)行5年后，10號(hào)焦?fàn)t部分炭化室生產(chǎn)的焦炭強(qiáng)度偏低，推焦時(shí)產(chǎn)生黑色煙塵，爐襯存在開裂破損。
徐博士結(jié)合2015-2018年間9號(hào)、10號(hào)焦?fàn)t格子磚的破損情況進(jìn)行了分析，對(duì)黏土格子磚、半硅質(zhì)格子磚破損所涉及的技術(shù)問題進(jìn)行了探討。
他認(rèn)為：焦?fàn)t蓄熱室黏土格子磚出現(xiàn)軟熔變形、格孔堵塞的原因與磚中Fe2O3、K2O等雜質(zhì)含量超標(biāo)、細(xì)粉多等因素有關(guān)；用后黏土格子磚的主要相組成包括高嶺石、高SiO2含量的玻璃相、莫來(lái)石相以及由鎂鋁鈦鐵或鎂鋁硅鐵等氧化物組成的析晶相，析晶相中w（Fe2O3+TiO2）可達(dá)到63.94%～87.23%，而K2O在高嶺石相中的固熔量可達(dá)16.55%（w），這些雜質(zhì)的存在降低了磚的熔點(diǎn)，引起性能劣化。K2O、Fe2O3的增加可能與粉塵引入有關(guān)，含鐵氧化物參與的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的體積變化可能是引起格子磚發(fā)泡變形的主要原因。
他指出：提高磚的質(zhì)量，改進(jìn)工藝過程，減少粉塵帶入，對(duì)于提高蓄熱室格子磚的使用壽命具有重要意義。