第十七届全国耐火材料青年学术报告会在河南洛阳成功召开
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“第十七届全国耐火材料青年学术报告会”之特邀报告(一)

2020年10月16日 16:27 耐火材料网 耐火材料网/文

中国耐火材料网

  10月13日上午8:30, "第十七届全国耐火材料青年学术报告会"在洛阳拉开序幕。来自耐火材料及上下游行业的科研院所、高校、生产企业等单位的500余名代表参加了会议,座无虚席,是近年来参会人数最多的一次,是耐火材料行业的一次盛会。

  10月13日上午9:00-12:00,中钢股份总工程师、中钢集团洛阳耐火材料研究院李红霞教授级高工,中国耐火材料行业协会徐殿利顾问,北京钢协冶金科技发展有限公司李庭寿博士,北京科技大学李勇教授,武汉科技大学李亚伟教授,宝钢中央研究院(武汉)徐国涛博士六位专家做了精彩的特邀报告。报告主持分别是中国金属学会耐火材料分会秘书长、中钢洛耐院王战民副院长和耐火材料分会副主任委员、西安建筑科技大学肖国庆教授。

王战民主持报告

《耐火材料功能化和绿色化研究进展》
李红霞

  我国钢铁工业产量世界第一,但大而不强,绿色和高品质制造是改变这一问题的有效模式。耐火材料是钢铁工业安全高效运行的重要支撑,其科技进步有力推动着钢铁工业绿色制造。我国钢铁工业发展战略对耐火材料品种质量和性能提出更高要求,长寿化、功能化与绿色化是耐火材料技术发展的重要标志。

  我国钢铁生产的90%为长流程,能源效率较发达国家低10%,氧氮化物排放占工业排放的10%。从钢铁流程出发,李博士重点介绍了以下内容:

(1)焦炉用功能化耐火材料。它的技术难题是硅质材料结构性与热导性相互制约的矛盾,炉门、装煤孔等材料结构性与抑制飞灰等附着的功能性矛盾。为此,开发了高导热硅质材料,使得焦炉炉门功能化。
(2)转炉用耐火材料。转炉底部耐火材料损坏严重,尤其是底吹粉时,寿命不足2000炉。为此,将透气元件的寿命提高,改进转炉耐火材料配置及透气元件,实现滑板挡渣,开发转炉滑板用致密氧化锆材料。
(3)转炉、钢包等高效隔热耐火材料。陶瓷纤维导致钢水过热度高,而进口隔热材料价格高。为此,采用功能化符合调控服役性能的材料设计理念和流态化分散技术制备了低导热、高体积稳定的新型环保纳米隔热材料。
(4)精炼炉用关键耐火材料。其面临的技术难题是无铬材料的长寿化和低成本化。为此,开发氧化镁-镁铝尖晶石复合材料替代镁铬材料、芯板型复合结构透气元件。
(5)连铸用耐火材料。浸入式水口堵塞、挂渣问题日益突出。为此,优化水口内部流场,创新浸入式水口结构,通过电场调控等。
(6)薄带连铸用耐火材料。排放、能耗、成本等问题一直是困扰。为此,针对三大关键部件铸辊、布流水口、侧封板,尤其是后两者重点做了改进。
  "耐火材料发展要适应钢铁行业产品高端化、绿色化、智能化发展的需要。"在演讲的最后,李博士语重心长的谈到。

《实现耐火材料行业高质量发展的思考》
徐殿利

  耐火材料在国民经济发展当中有着不可替代的重要作用。根据统计,2011年中国的耐火材料产量占全球69%(世界耐材协会统计),目前约占60%以上。2001年至2014年,国内年均基建工程用耐火材料需求量约450万吨左右,但不定形耐火材料占比仅在42%左右,与先进国家比仍有一定差距。我国耐火材料品种、质量和产量完全能够满足国内高温工业的需求,2019年耐火制品进口量约占国内需求量的0.2%。出口方面,2009年前,耐火制品出口贸易额高于耐火原料。2010年至今,耐火原料出口贸易额一直高于耐火制品。主要是耐火原料出口量逐年增长幅度较大所制。产业集中度方面,我国前10家企业销售收入2018年最高达277.84亿元,比2008年增长161.42%,2019年同比下降6.26%,比2008年增长145.10%。

  徐顾问指出了目前制约行业高质量发展的主要问题是:产能严重过剩和产业集中度低。我国耐火材料产能已由"结构性过剩"转变为"全面过剩",导致产品低价竞销和市场秩序混乱的局面,并且在短期内靠行业自律难以解决。尽管近年来行业的产业集中度有所提高,但整体看,耐材企业多为小本经营,各自为战。市场秩序混乱,恶性竞争严重。此外生产经营管理粗放,质量(稳定性差)、成本(消耗高),自主创新能力不强,研发投入不足,环保欠账较多。

  他强调:要实现行业的高质量发展,应引入"四个一流"的概念,即一流的企业、一流的技术、一流的产品和一流的环境。目前我国耐火材料行业生产集中度低,到目前为止,还没有进入国际排名前10的企业。需要通过各种联合重组的方式扶优扶强,打造3~5家至少2~3家在规模、技术、产品等诸多方面能够站在世界前沿的耐火材料企业集团。

《新发展阶段、新发展格局,中国耐材业的发展》
李庭寿

  原冶金工业科技发展中心副主任、耐火材料分会副主任委员李庭寿博士在报告序言中指出,我国即将进入第十四个五年计划。高质量发展的新发展阶段和以国内大循环为 主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局,是新时代新形势下的新的发展要求。

  李博士简要回顾了全国青年耐火材料报告会初期情况。中国金属学会、中国硅酸盐学会耐火材料分会创会理事长已故钟香崇院士、严行健副理事长、陆家铨副理事长等老一辈专家,创办全国青年耐火材料报告会,目的就是希望培养提携青年科技工作者,使耐材业后继有人,实现可持续发展。

  他简要概述了钢铁业发展概况和历史上钢铁业淘汰落后、遏制产能的过程。指出,钢铁业布局优化,向沿海升级发展,将推动钢铁业三个转变。快速发展的中国钢铁业不仅显著推动了世界钢铁业的增长,在双循环经济发展新格局中,钢铁业大有作为;中国宝武战略重组、做大做强,将推动钢铁业进入新发展阶段。

  他分析中国耐材业状况,包括需求侧消费、消耗情况以及集中度、布局等存在的问题。需求侧(终端)消费耐材总额,目前估计在700~850亿元/年,需求决定供给。需求侧消耗耐材总量目前估计2000万吨,"十四五"末或"十五五"初,将下降到1500万吨。

  他认为制约耐材业进入高质量发展新阶段的主要问题是:1)集中度太低,布局尚需优化;2)创新驱动不足,研发创新与应用结合有待加强;3)涉及高端材料卡脖子问题的相关耐火材料问题,跟踪不够,研发不足。

  他认为:按照"一体化"意识、"一盘棋"思想要求,结合中国宝武开展的包括对瑞泰科技等进行的战略重组和中钢耐火科技股份有限公司的成立,提高集中度是新格局下中国耐材业实现高质量发展的当务之急,也是中国耐材业大有希望所在。

  他提出"十四五"耐材业力争达到五个目标。1)集中度大幅度提高,形成具有国际竞争力的领头企业。百亿级领头企业2家以上,50亿级骨干企业5家以上,10亿级特色企业20家以上;2)产能过剩基本遏制,布局得到基本优化;3)智能绿色制造、智能施工维护和全循环再利用成为主流;劳动生产率、环保、能耗等指标和吨钢耐材单耗达到国际先进水平;4)形成核心关键集成技术,科技创新成为发展动力;5)在以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新格局中,迈向高质量发展的新发展阶段。

肖国庆主持报告

《钛化合物价态调控机制》
李勇

  李教授讲解了研究背景,其内容主要包括:1)钛化合物的特性:Ti2O3中含有3价钛离子,同时兼具氧化性与还原性;Ti2O3在氧化气氛下反应趋势Ti2O3+O2+Al2O3→TiO2+Al2TiO5;Ti2O3在还原气氛下生成TiC/TiN/TiCN,降低体系的粘度、形成保护层。2)碳化钛与氮化钛:氮化钛,俗称"钛金",具有高熔点、高强度、高硬度、耐酸碱浸蚀、耐磨损、高温化学稳定性以及优良的导电、导热性能。TiC和TiN均属于非化学计量化合物。C和N的含量可在一定范围内变化而不引起TiC、TiN的结构发生变化。即为Ti(C,N)固溶体、Ti(C,N)兼具TiN和TiC的优点。3)钛的碳热还原。

  李教授还讲了研究进展:1)产品制备工艺:改进了铝热还原法冶炼金属钛工艺;2)原料的生产:经电炉电熔后得到表面含TiN的原料;3)对表面含TiN的原料进行了理化性能检测,相组成测试,抗渣试验,氧化气氛试验和氮气气氛试验。

  李教授得出如下结论:1)改进铝热法冶炼金属钛工艺后得到物相为Ti2O3和刚玉的主晶相的新材料;2) Ti2O3兼具氧化性质和还原性质,可通过调控气氛控制其实际使用过程中的产物;3)所得新材料在耐火、磨料、超导材料等领域均具有广泛应用前景。

《耐火材料力学行为表征方法》
李亚伟

  耐火材料力学行为对高温工业窑炉长寿、安全可靠运行具有重要的意义。耐火材料属于脆性材料,温度梯度和温差变化都会引起耐火材料热机械失效。在耐火材料断裂过程中,裂纹开口位移用于评价材料承受应变能力大小的参数。深入了解材料损毁机制和断裂行为具有重要意义。

  李教授介绍了耐火材料力学测试和辅助表征方法方面的原理,例如楔形劈裂法、直接拉伸法、图像相关法、声发射法。并列举案例先介绍其装置再介绍其应用。案例1,楔形劈裂法结合图像相关和声发射法,将之应用于镁质、镁铬质、镁尖晶石质材料的理化性能的检测,评价其断裂过程。案例2,巴西劈裂法结合图像相关和声发射法。案例3,直接拉伸法结合图像相关和声发射法。

  李教授得出结论如下:1)楔形劈裂法、巴西劈裂法、直接拉伸法等力学行为评价方法,测定材料的抗拉强度,用于表征材料抗热冲击能力,同时可以加深理解材料力学性能与显微结构的关系;2)图像相关技术结合声发射法可以实时观察材料失效过程,对致密耐火材料如浇注料、含碳耐火材料等断裂行为更有意义,对材料设计与制备起指导作用。

  李教授的研究为耐火材料断裂过程的研究提供了新的依据。抛砖引玉,李教授旨在为今后耐火材料的力学行为研究提供一些新的思路和方法。

《焦炉蓄热室格子砖损毁原因分析及问题探讨》

徐国涛

  焦炉使用寿命很长,其蓄热室用格子砖的性能要求一般应满足长达25~45年的使用周期。因为其使用温度一般在1 300 ℃以下,使用的材质也就是黏土砖、半硅砖或者两者的分层砌筑。武钢7.63 m焦炉是从德国引进的超大型焦炉,其焦炉蓄热室采用分格式设计,空气和煤气通过蓄热室下部喷射板进行调节,炉衬采用黏土砖和半硅砖,分若干层交错砌筑。武钢焦炉运行5年后,10号焦炉部分炭化室生产的焦炭强度偏低,推焦时产生黑色烟尘,炉衬存在开裂破损。

  徐博士结合2015-2018年间9号、10号焦炉格子砖的破损情况进行了分析,对黏土格子砖、半硅质格子砖破损所涉及的技术问题进行了探讨。

  他认为:焦炉蓄热室黏土格子砖出现软熔变形、格孔堵塞的原因与砖中Fe2O3、K2O等杂质含量超标、细粉多等因素有关;用后黏土格子砖的主要相组成包括高岭石、高SiO2含量的玻璃相、莫来石相以及由镁铝钛铁或镁铝硅铁等氧化物组成的析晶相,析晶相中w(Fe2O3+TiO2)可达到63.94%~87.23%,而K2O在高岭石相中的固熔量可达16.55%(w),这些杂质的存在降低了砖的熔点,引起性能劣化。K2O、Fe2O3的增加可能与粉尘引入有关,含铁氧化物参与的氧化还原反应导致的体积变化可能是引起格子砖发泡变形的主要原因。

  他指出:提高砖的质量,改进工艺过程,减少粉尘带入,对于提高蓄热室格子砖的使用寿命具有重要意义。

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