耐火材料在高温行业起着十分重要的作用,而高温行业的任一变化都将牵动耐火材料行业的神经。在去年年底召开的钢铁行业技术创新大会上,刘振江就对钢铁行业“十三五”技术发展做出了重要讲话。刘振江表示,“十三五”期间,钢铁行业将以流程优化为主的清洁生产技术研发应用,以实现钢铁工业高效、优质、低耗、减排的绿色发展。作为钢铁的相关行业,耐火材料也应对自身做出相应的发展要求。
中国金属学会专家委员会委员苏天森认为,“更长寿、无污染、功能化”不仅是耐火材料“十三五”科技创新的总体要求,也是保证耐火材料安全使用的基础。
首先,更长寿是保证质量和降低成本的关键,也是无污染、功能化和使用安全的标志。其中,长寿的标准是随时间推移动态提升的,具有配套协同的系统是长寿的重要内容。既有同一材质(原料)长寿指标的提高,又有复合材料长寿指标的跨越式提升。此外,还应做到耐火材料全寿命周期使用安全性的保证与预警。
其次,无污染是高品质钢生产的必要条件,也是耐火原料和耐火材料生产的必要条件。例如,不同档次洁净钢生产的不同要求、耐火原料精料和高利用率、耐火材料排放物处理与回收等。
最后,功能化是指有利于钢的质量优化,又指具备一些特殊工艺要求的性能,还指具有优良的综合性能。例如,耐火材料有参与钢液净化的性能、与液态金属不浸润的功能,具有良好导磁性的功能,以及高强度和高抗热震性等。
另一方面,炼铁工艺技术的新发展对耐火材料也将提出新要求。如炼铁工艺技术发展需要具有满足高风温、超高风温要求的热风炉耐火材料,当风温要求≥1280℃时,热风炉穹顶耐火材料可能要考虑满足长时间≥1450℃的工作条件。还要对高尺寸精度热风炉格子砖、满足热风输送管道保温与抗应力应变要求的耐火材料,以及高风温条件下的炉衬耐火材料等进行优化。
苏天森指出,需要研发长寿高炉耐火材料优化技术,例如陶瓷杯、热压碳砖(大、小)设计、砌筑与性能优化,热态压补耐火材料与工艺装备,耐火材料在线侵蚀情况监测(如工业CT应用)等。此外,还要进行高富氧与全氧高炉条件下高抗侵蚀风口耐火材料的设计与制造,以及熔融还原、直接还原新型耐火材料的研发与应用。
炼钢工序工艺发展对耐火材料的新要求。洁净钢生产工艺要求长寿、无污染和功能化耐火材料的全面优化,包括无碳、低碳耐火材料和低硅、低铝特殊耐火材料研发应用,铁水预处理(搅拌棒、喷吹枪、低碱度预脱磷转炉)耐火材料优化,转炉、电炉、AOD炉底吹CO2长寿透气元件(低碳、高耐蚀耐火材料)研发与应用,电炉≥1000炉长寿炉底、炉缸耐火材料优化。研发方面,注重无铬、长寿、低成本真空精炼耐火材料,单嘴真空精炼炉特种耐火材料,连铸电磁冶金用耐火材料(如磁约束水口、旋流水口、钢包电磁自开水口、薄带坯连铸电磁侧封耐火材料),连铸中间包超长寿系统耐火材料(≥15小时/次)和薄板坯连铸隧道窑托辊用长寿耐火材料等。
轧钢工序工艺发展对耐火材料的新要求。为配合轧钢工序的工艺发展,需要研发节能效率≥5%的轧钢加热炉高辐射能力炉衬耐火材料和轧钢加热炉高绝热性能保温层用耐火材料等。
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