“十三五”耐材发展：更长寿 无污染 功能化

  “中国钢铁工艺技术‘十三五’发展已经确定了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。因此，耐火材料也应适应这些发展要求，进一步实现耐火材料生产与使用‘更长寿、无污染、功能化’的目标，并同时注重开发耐火材料的技术与产品，实现结构优化和转型升级。”日前，中国金属学会专家委员会委员苏天森在谈到耐火材料发展时作出上述表示。

  随着钢铁行业技术和装备的不断进步，耐火材料也紧随发展的脚步，需要不断提高技术含量和材料质量。这对耐火材料技术也提出了更高的要求，也促使耐火材料行业的专家提出了具有创新性的研发思路。

  耐材创新满足三大要求

  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。

  不同工序带来新需求

  炼铁工艺技术发展对耐火材料提出新需求。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提出新要求。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。

  耐材研发呈现五大趋势

  苏天森提出了“十三五”耐火材料满足钢铁工业发展的研发新趋势。

  一是加快我国不定形耐火材料的发展。我国应探索技术与经济方面的原因，配套完善施工（修砌、拆除）设备，加快推进不定型耐火材料比例的提高，达到发达国家具有的平均水平，节能降耗。

  二是重视研发推进精密高档耐火材料的修复再利用的技术与装备，以利于减排，实现耐火材料企业与钢厂的互利共赢。

  三是大力提高耐火材料生产与应用的自动化、智能化水平，提高耐火材料质量及其稳定性，降低优质耐火材料的生产成本。如建立耐火材料生产与应用的数据库，实现从原料处理、加工（包括成型）与应用工艺的计算机数学模型控制，强化对产品及应用过程全面的无损检测（如超声、激光、工业CT等），确保产品应用的安全性。

  四是加强学科综合研究，与前沿科技结合，拓展耐火材料新品种，促进钢铁工艺技术进一步优化。纳米科技在耐火原料与制品中的应用要解决目前研究分散、目标重点不明确、应用效果数据收集不充分等问题，发挥其对耐火材料升级换代的应有作用。此外，全数字液压系统在大功率液压压砖机的应用，可提高生产效率与产品质量的同一性。

  五是注重清洁能源在耐火材料生产中的应用。耐火材料生产除焙烧工序以外，基本上是不连续的，且功率较小，完全有条件使用清洁能源，实现低碳排放，如用于原料干燥、恒温等工序方面。

  苏天森总结认为，钢铁工艺技术在“十三五”期间的发展方向已经基本确定，耐火材料科技创新就应当适应这种发展方向，来调整科技创新的重点。反过来，耐火材料的创新成果也必将支持和促进钢铁工艺技术的优化，使两个行业同时实现结构优化和转型升级的目标。