论耐火材料工业的科技发展

                                                       河南省耕生耐火材料有限公司  石凯

　　摘要：近二十年我国耐火材料工业的科技发展较快，耐材工业自身的科技发展是主要因素，高温工业的新要求、机械装备的技术进步、相关学科的科技转移、现代管理理论及节源环保的要求是推动耐材工业科技发展的外在因素。
　　关键词：耐材工业 高温工业 科技发展
　　耐火材料科技发展有着社会政治、经济的广阔背景和科学技术、现代管理的深厚基础，有着深刻的内在发展机制，有着节源环保的外在要求。近二十年我国耐火材料工业有了前所未有的发展，产业规模和从业人员稳步增长，发展品种、提高质量、降低消耗方面达到了较高水平。立足我国资源，开发了一大批我国高温技术急需的优质高效耐火材料，填补了国内空白，高温窑炉的使用寿命、耐材消耗与国际先进水平的差距明显缩小。产品技术水平、质量可靠性有了质的飞跃，服务用户的能力逐步提高，参与国际市场的竞争力不断增强，耐火材料出口量大幅度增加。耐材生产工艺不断优化，研发设备、生产装备、检测设备不断更新，保护生态环境的意识逐步加强。经过组合与调整，正逐步解决自身存在的深层次结构性矛盾，适应了改革开放的新形势，研发能力、管理水平和整体素质逐步提高，这些都是由耐材工业科技进步引起的。本文就引起耐材工业科技进步的几个主要因素加以论述。
　　1 耐材工业自身的科技进步
　　经济与科学技术是现代社会发展的两大杠杆。经济对耐材工业的科技发展产生重要影响，经济的支持为其发展提供了重要的物质基础，随着改革开放的深入、市场经济的发展和国际竞争的加剧，优胜劣汰的机制起着越来越重要的调节作用，技术水平在决逐市场中的优势更加明显，研发能力在生存发展中起的作用也越来越大。谁要想维护和巩固国内市场，进入和占领国际市场，谁就得用最先进的科技成果来提高产品的技术水平，降低成本，提高质量，增加竞争力。这些外部因素促使科研和制造单位制订科技振兴政策、科技发展规划，加快科技进步，以适应市场和形势的要求，从而在整体上推动耐材工业的科技进步。
　　1.1 研发能力不断提高
　　为提高研发和创新能力，各单位都在不断完善和强化研发机构，并在资金、人才、设备、情报等方面给予全方位大力支持，从战略高度上大力度投入，创造有利于科技发展的环境和条件。
　　1.1.1 研发资金的投入
　　经济的支持为耐材科技发展提供了雄厚的物质基础。在“九五”、“十五”期间国家对耐材科技攻关的支持，从过去的多点支持，到现在的重点支持，并且投入的资金额增加近十倍，以期在影响耐材发展的关键理论、关键技术上有所突破。同时几个耐材大省，各级政府对耐材项目投入的科技经费、匹配资金和贴息都大幅增加。同时政府积极地引导企业建立企业技术中心、工程技术研究中心、申报高新技术企业。为提升企业的科技进步和竞争能力，各企业投入的研发费用也不断增加，科研经费占销售收入的比例由0.5～0.8％增加到1.2～2％，科技投入的增长远高于经济的增长速度。原来耐火材料专业有较强基础的各大学，都投入了大量的人财物，组成了优秀的科研团队，武装了一流的科研设备，组建了高规格、高起点、高水平的研究中心，以培育名牌专业，创建重点学科、重点实验室。这些投入为耐材项目的研发提供了资金支持，从而为耐材的科技进步奠定了基础。
　　1.1.2 研发人员的素质
　　现代科技革命条件下，经济则是以愈来愈多的人的智力和物化在产品中的知识为基础的，知识越来越成为社会生产力、经济竞争和国家实力的关键因素。研发人员的素质是社会经济、科学技术的发展对研发人员本身提出的挑战，其素质的普遍提高和全面发展是现代科学技术和生产力发展水平的要求。研发的成效与成败如何，在很大程度上取决于研发人员素质水平的高低，当今空前激励的经济竞争，说到底是科技人才的竞争，所以发展经济优先发展高素质人才。随着教育事业的发展，为耐材行业提供了高素质、一专多能、现代化的人才队伍，耐材专业每年毕业大量的本科生、研究生，我国正成为世界耐材研发和科技人才培养的基地，我们的科技论文在国际学术会议上已引起国际同行的注视。同时用人单位还通过与学校联合培养、委托培养等多种形式为本单位培养人才，提高素质，使研发人员的整体素质有了明显的提高。院所的研究人员从以前的副教授为主提高到以教授为主，其学历从硕士提高到博士，并积极引进在国外留学的高层次人才，来提高自己科研队伍的实力和水平。相应企业的研发人员从以前的工程师为主提高到高工为主，同时从外面引进一些高水平的、企业急需的专业人才来武装自己，提高研发能力。随着人才竞争和交流的发展，一方面促使各企业自己尽快培养高素质人才，另一方面也促使从事耐材专业的技术人员不断提高自身的素质和水平，以适应形势发展的需要。以上几方面使耐材研发人员的整体素质明显提高，队伍不断扩大。
　　1.1.3 科研设备
　　精密的仪器设备为科学研究、技术开发提供了先进的物质手段。质谱仪、同位素测定仪、原子光谱仪成为分析物质成分和结构的有力工具，电子显微镜和电子显示器是探测耐材微观结构最有效的手段。随着研发经费投入比例的增加，企业的研发设备从过去的仅能检测常温性能的常规设备，发展到能检测高温性能的高温设备，从仅能检测宏观性能的仪器发展到能检测微观性能的仪器。特别是生产许可证制的实行和功能耐火材料的研发，促使企业的研发设备上了一个新台阶。相应研究院所的研发设备更是“鸟枪换炮”，从光学显微镜发展到电子显微镜，从能观察静态常温物相的先进仪器发展到能观测动态高温物相的高尖端仪器。
　　同时不断有新的检测仪器被开发出来，过去不能检测或没办法检测的性能、特征，现在变为现实，如高温耐磨性、高温抗折蠕变、抗气体腐蚀性、流变性、无损探伤、电磁特性等更多的试验方法或基本概念将会引入到耐材研发中，使测试条件从单一变量到多变量，测试性能从基本性能到综合性能。
　　另一方面，建立了不少模拟耐材使用工况条件的工程中心、模拟试验室、中试车间，对新材料进行更加科学的评估，促进了耐材损毁机理的研究，同时也降低了耐材研发中的风险，缩短了研发周期。
　　1.1.4 情报信息与国际合作
　　情报信息是研究开发的重要条件之一，它影响着研究的进度。大量的、最新的、准确的情报信息为研究创造了条件，吸收别人的研究成果使研究工作少走弯路，缩短研发周期。随着出版业的发展，网络技术的快速升级，使信息的传递速度和交换量成倍增加。国际合作及贸易的发展，人才的流动，带动和促进了信息的交流。我国耐材工业的科技发展在某种程度上得益于广泛的、多种形式的国际科技合作与交流。一方面国家重点项目引进了国外高档耐火材料，通过剖析，从消化吸收到仿制创新，缩短了我们的研发周期及与世界先进水平的差距。另一方面国际上的大公司在国内合资、独资建厂，通过购买技术和设备，使我们学到了先进的技术。同时国际间的学术交流和贸易往来，使我们及时了解世界耐材的最新动向、最新成果，应用于我们的产品研发中，紧跟国际耐材科技发展步伐。这种坚持引进技术与自主开发相结合的方针，加速了我国耐材工业的科技发展。
　　1.2 新技术、新材料、新产品、新体系不断涌现
　　经济需求是耐材科技发展最重要的推动力，同时经济竞争又是其发展的重要的刺激因素。经济发展的需要，各级政府和领导的大力支持，国内和国际竞争的发展，优胜劣汰的市场机制、人尽其才的用人机制，使广大耐材科技工作者充分发挥自己的聪明才智，积极主动地投入到理论创新和技术创新的研究中，积极主动地投入到新材料、新产品的开发中。
　　1.2.1 开发的主要新技术
　　（1）溅渣护炉技术。由炼钢工程技术人员和耐材专业技术人员合作完成的溅渣护炉技术，使转炉的平均寿命由约3000炉提高到10000万炉以上，对炉衬MgO-C砖起到了较好的保护作用，大大降低了转炉吨钢耐材消耗。
　　（2）钢包整体浇注技术。施工设备自动化程度的提高，发展了整体浇注技术，使钢包衬由砖向不定形材料转移，提高了包衬寿命，显著降低了钢包耐材消耗和施工劳动强度。整体施工技术向其它高温领域的推广，使不定形耐材的应用范围不断拓展，
　　产量和比例逐步提高。
　　（3）中间包机械施工和快速更换技术。中包采用机械喷涂、喷射施工和水口在线快速更换技术后，显著提高了中间包连浇炉数，降低了耐材消耗，更重要的是提高了钢水收得率、铸机作业率和钢产量。
　　（4）其它新技术。浇注料预制件技术提高了现场施工的质量和效率；高炉在线压入修补技术减少了停炉检修时间，提高了高炉的利用率和产量；各种在线补炉维修技术的采用，提高了各种工业窑炉的寿命，增加了产量，降低了材料和能源的消耗。
　　1.2.2 开发的新材料
　　广大耐材技术人员立足我国资源特点，开发了许多新材料，主要有：矾土基的铝镁尖晶石、高铝刚玉、锆莫来石、锆刚玉，合成镁铬砂、镁钙砂，脱硅锆、电熔锆酸钙、含锆铝镁尖晶石，堇青石、钛酸铝，Si3N4、Sialon、Alon等非氧化物原料， A12O3、SiO2、ZrO2、Si等各种超微粉，铝酸盐水泥、硅铝胶、尖晶石胶、ρ-A12O3、树脂、高温沥青等各种无机、有机结合剂，碳复合材料用的各种高效防氧化剂，在不定形材料中起各种作用的添加剂，如减水剂、早强剂、增塑剂、脱气剂、防爆剂等等，使我国的资源优势逐步转化为技术优势和经济优势，不但满足国内高温工业的使用要求，并具有较好的出口前景。
　　1.2.3 开发的新产品
　　新技术、新材料的推广和应用，开发了一系列新产品，炼铁方面主要有：高炉用陶瓷杯制品、微孔炭砖、压入料、热风炉用低蠕变砖、铁沟浇注料、鱼雷车“三脱”用衬砖。炼钢方面主要有：高强度镁炭砖、喷补料、供气元件，超高功率电炉用高荷软炉顶砖、导电材料，钢包用中高档铝镁（碳）质衬砖和浇注料、透气砖、高档滑动水口、精炼炉用优质镁碳砖、镁铬砖、镁钙砖，中间用喷涂料、干式振动料、排渣及净化元件、全锆质定径水口、整体塞棒、免烘烤及防堵塞浸入式水口、中间包快速更换用系列功能耐材。陶瓷工业用的莫来石、碳化硅、堇青石等优质窑具，水泥窑用无铬碱性砖、钢纤维增强浇注料、耐碱材料，玻璃窑用优质硅砖、熔铸锆刚玉砖。铝电解槽用氮化硅结合碳化硅砖、干式防渗料，化工行业用铬铝锆砖，各种隔热保温新材料，及电子电力、垃圾焚烧等行业用的新产品，这些产品的开发使我国耐材的品种结构调整有了一个突破性进展，特别是一批高档制品的成功开发，替代了进口，解决了我国高温技术所用耐材的瓶颈。
　　随着耐火材料行业的发展，特别是新材料、新产品的不断涌现，我国耐火材料标准化工作也有了一定的进展，通过对旧标准的修订升级和新标准的制订，已经形成了比较完整的标准体系。现有国家标准133个，行业标准182个，分为基础标准、原材料标准、产品标准、物理实验方法标准和化学分析标准。耐火材料产品标准分为致密定形制品（45个）、定形隔热制品（9个）、不定形材料（24个）和耐火纤维（1个）4大类。
　　1.2.4 耐材理论体系的发展
　　长期以来，耐火材料的应用基础理论研究比较薄弱，在一定程度上制约了其创新能力的提高。但近年来，在耐火材料使用损毁和侵蚀机理的研究方面有所进展，其研究方法更加科学，研究手段不断完善，研究水平逐渐提高，为合理选材、优化和提高耐火材料性能提供了理论基础，对新产品的开发起到了指导作用，降低了开发的风险，提高了开发的成功率，加快了开发的进程。
　　伴随着新技术、新产品的出现，耐材的理论体系也得到了发展，其中耐材结合体系的发展是其主要体现。如浇注料的结合方式由水合结合发展到化学结合再到凝聚结合；制品的结合方式由陶瓷结合发展到碳结合，再发展到非氧化物结合及目前的金属结合。当然这些结合方式不是孤立存在的，有时一种材料中可能同时存在几种结合的复合结合方式，有时随着温度的升高一种结合方式可能转变为另一种结合方式。每一种结合方式的出现，都使耐火材料在某一方面或几方面的性能有了较大的提高。如对铝镁浇注料，采用ρ-A12O3结合比水泥结合有较好的抗侵蚀性、较高的荷重软化温度；与传统的陶瓷结合相比，碳结合可显著改善材料的抗热震性、抗侵蚀性；而非氧化物结合材料是目前公认的高温性能最优的材料。随着耐火材料结合方式的发展，使其高温强度、抗热震性、抗介质侵蚀性等综合高温性能得到进一步优化，对使用工作环境的适应能力进一步提升。
　　同时企业和研究院所的合作更加密切，合作范围更广泛更深入，方式多元化，充分发挥高校在技术创新中的源头作用和企业在技术创新中的主体作用，把基础创新和应用创新密切接合起来，充分发挥双方的人才、设备、技术和产业化优势，信息共享、资源共用、优势互补，从而大大加快了技术创新，加速了科技成果的转化，同时也推动了企业创新能力和技术水平的提高。企业技术改造坚持以高新技术产品为主，坚持工艺升级、产品升级、产业升级，向科技型企业和高新技术企业发展。
　　科学体系的整体化和专业化，科学发展的加速化和数学化，及耐材科技活动的社会化和国际化的加强，科学、技术和生产的一体化，产学研的密切合作，这些都在一定程度上推进了耐材新技术、新材料、新产品的研发速度。
　　1.3 国际竞争力明显增强
　　中国不但是世界上主要的耐火材料资源大国、消耗大国，也逐渐成为世界耐火材料的生产和研发基地。近二十年我国耐材工业的品种结构调整成效显著，产品实物质量明显提高，与世界先进水平的差距逐步缩小，产品参与国际市场竞争力的能力不断增强，出口贸易额大幅攀升，进口贸易额逐步下滑。我国耐火原材料出口是从耐火原料出口开始的，且多年来耐火原料出口在出口总贸易额中占比重较大，但到2004年耐火制品出口占出口总贸易额的比例首次过半，同时2005年全国耐火原材料进口量首次呈现负增长。2005年出口贸易量579.84万吨，贸易额突破10亿美元，进口贸易量18.45万吨，贸易额1.57亿美元，只占进出口贸易总额的12.06％。出口品种由原材料、低档产品转向高附加值产品，出口产品的价格稳步攀升，并开始由“规模、数量效益型”向“技术、质量效益型”转变。
　　同时我国科技人员的研究成果也引起了国际同行的关注，申请专利的数量、在国外学术期刊上发表论文的数量逐渐增加，且质量和水平在不断提高，被引用的次数也在增多。同时参加各种国际学术交流会、展览会的次数和人数增多，我们在国际耐火材料领域中的作用和影响力不断上升。（摘自“耐火材料发展新动态－问题与对策交流研讨会”报告，待续)