一、我國耐火材料工業概況
耐火材料是為高溫工業服務的基礎材料。在眾多高溫工業中,鋼鐵工業是耐火材料重要的用戶,耐火材料在鋼鐵工業中的使用量約占總量的65%~70%。鋼鐵工業對耐火材料的品種、質量和數量的需求,在耐火材料工業的技術發展中起導向作用。
我國耐火材料總產量已居世界位。2005年,對1359家規模以上耐火材料企業進行統計,總產量為2276萬噸,我國已成為名副其實的耐火材料生產大國。
二.我國耐火材料技術進步顯著
(1)現代化大型聯合鋼鐵企業用的重要耐火材料產品已基本做到自給,而且每年還有耐火原料和耐火制品出口。2005年耐火制品出口總量達到153萬噸。這是個很突出的成就,因為在20世紀80年代實行改革開放初期,這些重要產品95%以上需從國外進口。
(2)重要用途的耐火材料的使用壽命有了顯著提高。如:高爐出鐵溝用AL2O3-SiC-C質澆注料的通鐵量已超過15萬噸;大中型高爐壽命已超過10年,高達14年;氧氣轉爐爐齡達5000爐以上,采用濺渣護爐技術時,爐齡達幾萬爐;大中型鋼包壽命已達200爐。
(3)冶金新技術用耐火材料的研發取得可喜的成績。如:薄板坯連鑄用的異型浸入式水口,初步試驗,狀況良好;潔凈鋼生產所需各種無碳或低碳、無硅或低硅耐火材料應運而生。
(4)耐火材料應用基礎研究取得了新的進展。如:以高鋁礬土為基料,開發出均質礬土熟料、電熔剛玉、電熔鋯剛玉一莫來石和尖晶石等;以菱鎂礦為基料合成的高鐵鎂鈣砂,已在工業上應用并取得成功。在復合材料的應用基礎研究方面,北京科技大學研究開發了AL2O3-SiC-Si質制品,并在高爐陶瓷杯上應用成功;西安建筑科技大學研究開發的SiAION結合剛玉滑板,使用效果良好;鄭州大學在氧化物-非氧化物復合材料制品的研究與開發方面,取得了可喜的成果;武漢科技大學研究鋼水與耐火材料的相互作用機理,探討了耐火材料與鋼中氧含量的關系,含碳耐火材料的增碳作用和耐火材料與鋼中磷、硫、氮含量的關系,為潔凈鋼冶煉時如何選用合適的耐火材料提供了依據。
三、差距和問題
改革開放以來,經過二十多年的努力,我國耐火材料技術得到了很大發展,許多產品已達到或接近國際水平,已成為耐火材料生產大國,耐火材料總產量居世界,基本滿足鋼鐵工業發展的需求。但我國耐火材料整體技術水平與國際水平相比還存在相當大的差距,特別是一部分關鍵耐火材料產品仍需進口。
3.1煉鐵用耐火材料
高爐長壽水平及其系統技術與國外還有差距。大、中型高爐使用壽命一般8~12年,高15年。國外高爐使用壽命較長,日本長達到20年零6個月。在爐襯方面,我國微孔石墨磚,微孔鋁碳化硅磚和微孔碳化硅磚剛剛起步生產和應用。在維護方面,濕式噴補技術、可塑噴補技術、質壓入料和質炮泥的使用都與國外有較大差距。與熔融還原技術相關的耐火材料的研究開發,需要跟上熔融還原技術的發展。熱風爐用的非結晶硅磚和零膨脹硅磚還是。炮泥和出鐵溝耐火材料的使用壽命也不如國外。
3.2煉鋼用耐火材料
采用濺渣護爐技術后,我國轉爐爐齡達到了世界水平。但濺渣護爐中也出現一些問題,如濺渣料消耗高,影響復吹和鋼水質量,延長了精煉時間,提高了煉鋼成本等。需要思考能否研制出更質的爐襯材料,從而減少或不用濺渣護爐技術。
電爐煉鋼方面,直流電弧爐底電導電材料的使用壽命不高,而且還需進口。國外使用壽命達到13600爐次,我國僅3000余爐次。對于鋼棒結構的底電,國外壽命達到5000爐次,我國只有2000爐次。
3.3鋼包和潔凈鋼用耐火材料
我國的鋼包噸鋼耐火材料消耗與國外有較大差距。我國大型鋼包使用壽命高280次,噸鋼耐火材料消耗為2.5kg;而國外通過套澆和良好的維護技術,鋼包使用壽命達到800次,噸鋼耐火材料消耗為0.92kg。
耐火材料還不能完全滿足潔凈鋼冶煉的需要,如鋼包渣線還使用低碳磚,含碳材料使鋼水增碳,而用含磷酸鹽結合的材料時,又使鋼水增磷,很多耐火材料使鋼水增氧等。耐火材料爐襯對鋼水嚴重污染,有待解決。
3.4連鑄用耐火材料
近終形連鑄用的異型薄壁浸入式水口、陶瓷側封板等,基本上是依靠進口,尚不能滿足薄板坯、薄帶連鑄技術發展的需要。
質滑動水口,國外使用壽命達到8~12次,只有3~4次。
3.5用后耐火材料的再生利用
我國目前用后耐火材料約300萬t,80%以上當成鋼廠垃圾被廢棄。既占用了土地,又對環境造成污染。國外對用后耐火材料的再生利用非常重視,通過合作開發,從技術上解決了再利用問題,有的再利用率已達60%。
四、耐火材料技術發展趨勢
在過去的十幾年中,通過科技攻關,我國耐火材料科學技術有了很大進步,解決了鋼鐵工業中引進新技術用耐火材料的國產化問題,但攻關所形成的技術大部分是跟蹤型的,即沿著引進、剖析、消化吸收、改進創新的路子走,自己創新的原創型成果少。今后須加強基礎及應用基礎研究,提高科技創新能力,立足我國耐火原料資源勢,發展有中國特色的質合成原料和制品,滿足鋼鐵工業和其他高溫工業發展的需要。
努力降低消耗。目前,我國噸鋼耐火材料單耗約為25~30kg,世界上技術發達有的已降至10kg以下,我國應爭取降到15-20kg。加快發展質合成原料。形成完整的燒結、還原氮化燒結、電熔等合成原料工藝。改善鎂白云石、白云石、石灰質原料的抗水化性,滿足新型耐火材料的發展需要。開發具有更高導熱性的超微孔炭磚、微孔鋁碳化硅磚、微孔碳化硅磚,滿足大型高爐發展的需要。推廣應用濕式噴補技術、可塑噴補技術、質壓入料,質炮泥、出鐵溝澆注料及與高爐長壽相關的維護技術。加強模擬熔融還原條件下耐火材料的損毀機理研究,為合理選擇和開發熔融還原爐用新型耐火材料提供依據。進一步提高鎂碳磚的質量,提高濺渣護爐料的質量,研究濺渣護爐工藝,尋找出經濟合理的爐齡。研究適應不同冶煉條件(高溫、真空、氣體攪拌、電弧加熱等)和不同品種鋼冶煉用的耐火材料,研究開發高抗侵蝕的渣線材料,高抗熱震的超低碳鎂碳磚及鎂鈣鋯材料,以適應潔凈鋼、純凈鋼冶煉的需要。重點研究開發對鋼液有脫磷、脫硫、吸收夾雜物作用的鎂鈣系耐火材料。開發具有自主知識產權的連鑄用長壽命功能耐火材料,使薄板坯連鑄用浸入式水口、長水口和整體塞棒的使用壽命達到15h以上。
耐火材料對推動高溫工業的節能降耗有重要意義。不定形耐火材料從生產到使用都具有節能的點。工業發達不定形耐火材料使用量都達到50%以上,我國目前僅為20%~30%,應大力開發高性能、節能型不定形耐火材料,并在高溫工業中推廣應用。采取鋼鐵企業、耐火材料企業和研究單位合作方式,研究用后耐火材料的回收、資源化技術和再利用技術,生產出附加值較高的產品,逐步使我國廢棄耐火材料的再利用率達到國際水平。
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