【中國耐火材料網】
2021年5月11日，"2021年全國耐火原料學術交流會"在重慶開幕，來自耐火材料及上下游行業的科研院所、高校、生產企業等單位的500余名代表參加了會議。
上午9：00-12:00，中鋼股份總工程師、中鋼集團洛陽耐火材料研究院李紅霞教授級高工，洛陽理工學院校長、黨委副書記張銳教授，北京鋼協冶金科技發展有限公司李庭壽博士，武漢科技大學顧華志教授，北京科技大學李勇教授，寶鋼中央研究院（武漢）徐國濤教授級高工，中鋼集團洛陽耐火材料研究院王戰民教授級高工做了精彩的特邀報告。報告主持分別是中國金屬學會耐火材料分會秘書長王戰民和濮陽濮耐高溫材料（集團）股份有限公司劉百寬董事長。
王戰民教授級高工主持
劉百寬董事長主持
挑戰與機遇，雙碳背景下耐火材料科技創新的思考
李紅霞
中鋼集團洛陽耐火材料研究院
中國將力爭2030年前實現"碳達峰"，2060年前實現"碳中和"。"碳達峰"指全國溫室氣體排放達到頂峰，"碳中和"指碳生產和碳消納的平衡，實現碳負荷歸零。要實現雙碳的目標，節能和提效問題首當其沖，所以耐火材料行業在雙碳背景下充滿了挑戰和機遇。
李紅霞教授提出，新的發展理念，雙碳目標、綠色發展、數字中國、發展與安全等相關政策與管理體制將在很大程度上影響耐火材料的發展。政策法規脫碳化是強大杠桿，對產業發展的影響在某種意義上超過科技進步，需要高度重視，所以應密切關注碳配額、碳交易、碳稅、碳負面清單、碳規劃、脫碳化立法等。碳達峰、碳中和不僅是技術的選擇，更是發展權、發展方式的變革，因此耐火材料必須貫徹節能減排、綠色脫碳等新發展理念，促進行業科技創新，并需要思考供給側結構性改革、原料去碳化、能源脫碳化、生產制造流程脫碳化、進出口貿易脫碳化、提高碳匯能力。
李紅霞教授還指出了耐火材料行業實現低碳排放、碳中和的路徑：深度調整產業布局與結構，淘汰落后產能；發展低碳排放的可替代原料；開發高性能材料，調整產品結構；發展節能減排關鍵技術，提高能源效率；使用清潔能源，替代化石能源；優化流程，推動智慧制造與綠色制造；抑制初加工原料、低端產品等高碳排放原材料的出口；發展碳吸收、碳消納的技術。耐火材料行業需要創新原料制備流程，發展低碳排放的可替代原料，并開發高性能材料，推動高溫行業高品質和綠色發展。
最后，李紅霞教授介紹了鋼鐵綠色發展新技術和耐火材料隨之需要面對的主要科學問題。
微波加熱法合成SiC研究
張銳
洛陽理工學院
作為一種傳統的結構材料，SiC因為具有高強度、高硬度、高彈性模量和良好的化學穩定性等優點，被廣泛應用于磨具磨料、耐火材料、冶金、高溫結構陶瓷等領域。當前，已有許多研究團隊采用微波燒結法制備了SiC粉體，但文獻中所報道使用的原材料都是通過商業途徑獲得，并且微波燒結合成SiC晶體的生長機理也尚不明確。在本報告中，以工業煤作為碳源，SiO2為硅源，采用微波加熱法制備了碳化硅。研究了預成型壓力、原料組分、原料粒度和SiC晶種對微波加熱行為的影響。用XRD、Raman、SEM、TEM對樣品進行了表征，并且對制備材料的介電性能和吸波性能進行了測試。
結果表明，當不施加預成形壓力時，不能形成SiC晶體。預成形壓力可能是微波加熱合成SiC的前提條件。在施加預成型壓力的情況下，微波合成SiC需要五個連續的生長階段：殘余氣體的積聚、微波等離子體的產生、復雜的化學反應、SiC晶體的形核和晶粒長大。不同的預成形壓力導致SiC晶體的加熱行為和晶體形貌發生變化。
研究還發現，不同粒度的煤顆粒會導致不同的加熱效應，使SiC的晶體的生長機理不同。這可能是微波加熱的獨特特征。由于微波等離子體效應，當使用較小顆粒的煤時，可以制備出較多的SiC晶體顆粒。而大粒煤則可以制備出較多的碳化硅晶須或纖維，這與微波耦合熱效應有關。由于耦合熱效應加熱時，加熱速率較低，所以更容易生成顆粒，但在等離子體熱效應存在時，升溫速率較大，所以制備出較多的SiC晶須或纖維。
以α-SiC顆粒為晶種，用煤為碳源，微波加熱可制備出β-SiC。實驗結果表明，煤和α-SiC顆粒的不同混合方式，導致了不同的微波熱行為和生長機理。氣氣反應導致α-SiC種子與之密切接觸的C顆粒在表面原位很好地生長出β-SiC顆粒。
以碳中和為目標，深化供給側改革，加快綠色低碳高質量發展
李庭壽
北京鋼協冶金科技發展有限公司
本報告簡要介紹了"碳達峰"、"碳中和"的概念和由來，以及我國政府實現"碳達峰"、"碳中和"的方案；梳理了我國鋼鐵業的發展歷程及和"碳達峰、碳中和"目標相關的國家政策；詳細闡述了我國耐材行業的狀況與發展及耐材行業的"碳達峰"與應對"碳中和"的發展趨勢。
工業革命以來，人類大量消耗化石燃料和毀林，溫室氣體濃度持續上升，導致全球氣候變暖，威脅著全球生態安全。因而提出了相應對策即"碳達峰"、"碳中和"。我國政府宣布"30-60雙碳目標"：力爭2030年前"碳達峰"，力爭2060年前實現"碳中和"。
我國鋼鐵行業的鋼產量1996年超1億噸后，長期居世界第一，占全球鋼產量的半壁江山，優勢不斷擴大。我國鋼鐵業經歷了多次"調控與化解產能過剩"歷程，實際上是不斷地進行供給側結構性改革，但每一次過后，伴隨著國家的拉動，市場需求的刺激，鋼鐵業升級發展，鋼產量不斷躍上新的臺階。2020年，中國率先控制了新冠疫情，中國粗鋼產量創歷史新高，達10.65億噸。面對超10億噸的鋼產量和新建項目產能的陸續釋放，以及"碳達峰"、"碳中和"的目標要求，2021年，國家開始對鋼鐵業進行"產能與產量雙控"，并開展去產能"回頭看"重點檢查。
李博士認為，需求決定供給。我國耐材行業伴隨著鋼鐵行業的調控發展而發展。主要表現在如下幾個方面：
（1）服務方式（供求關系）發生改變，與需求側融合度越來越高。耐火行業由單純的賣產品轉變為耐材總承包制。
（2）目前，需求側（終端）每年消費耐材總額估計在700億～850億元/年左右，其中鋼鐵業占比約70%以上。
（3）需求側消耗耐火材料會逐步降低。鋼鐵、水泥、有色等行業實現"碳達峰"（產量基本也達峰值）后，"十四五"末前后，年消耗耐材的總量將由目前的約2000萬噸下降到1500萬噸左右。從"碳達峰"到"碳中和"的進程中（產量將逐年下降），耐材消耗總量將繼續減少。
（4）耐材行業集中度太低，需要提高。廠家多而分散，單個企業的規模太小。要深化供給側結構性改革，管控產能，整合資源，對優質存量產能進行（兼并、聯合）戰略重組，提高集中度。
（5）耐材行業布局應跟隨用戶行業調整。供給側與需求側應該密切融合、協同發展；鋼鐵等用戶行業正在優化布局升級發展，耐材企業應該抓住機遇，深化供給側改革，向沿海鋼鐵集群靠攏發展，優化布局。
（6）創新驅動，推動低碳綠色高質量發展：圍繞"高端材料卡脖子"問題，研發關鍵耐材；進一步提高堿性耐材比例；向綠色低碳轉型發展。
李博士指出，"碳中和"將推動我國能源結構優化、低碳轉型、綠色制造的快速發展。"碳中和"也將倒逼耐材業（包括耐材原料企業）生產提供(綠色環保)低碳甚至是"碳中和"(零碳）的產品。李博士認為，我國耐材業早在2011年就實現了"碳達峰"。2011年是我國耐材制品產量的最高年份，此后，盡管需求側（鋼鐵、水泥等）的規模、產量快速增長，但是消耗的耐材總量卻逐年下降。說明我國耐材業技術進步明顯，有能力早日實現"碳中和"。建議全行業行動起來，共同努力，盡快研究提出可行的減碳路徑以及"碳中和"行動方案和路線圖。
微孔鎂砂的制備及性能研究
顧華志
武漢科技大學
中間包作為連鑄過程中的關鍵冶煉容器，其工作層耐火材料的性能與服役壽命直接關系到冶煉過程的平穩運行與精煉效果。鎂質耐火材料是中間包內襯和控流裝置的常用材質，但在使用中仍存在抗渣滲透性較差、熱震穩定性過低及導熱系數較大等問題。前期研究表明，微孔耐火材料不僅熱震穩定性和隔熱效果良好，在一定條件下還具備更好的抗渣性能。本研究采用MgO為45.88%，IL為51.57%的菱鎂礦為主要原料，添加適量納米外加劑，濕法共磨，干燥，成型，燒成。通過原位分解法形成氣孔，利用納米粒子對氣孔結構和晶間相進行調控，制備微孔鎂砂。并以微孔鎂砂為原料，采用氧化鎂微粉自結合體系，制備微孔鎂質澆注料，研究其抗渣性能、抗熱震性能和隔熱性能。
結果表明：引入納米MgO后因形成微-納米雙尺度燒結提供更高的燒結動力，加速晶界移動，提高了晶粒尺寸與閉氣孔率；利用納米氧化鋯加速晶界遷移，并與方鎂石晶間氧化鈣雜質反應形成鋯酸鈣，從而形成封閉微氣孔結構和降低CaO/SiO2比而改變晶間相組成，減少了晶間低熔點相。所制備的微孔鎂砂體積密度為3.37 g/cm3，閉氣孔率和顯氣孔率分別為6.1%、0.8%，抗渣性較空白樣燒結鎂砂更好，800 °C下導熱系數為7.936 W/(m·K)，較電熔鎂砂下降~37%。相比于電熔鎂砂所制備的鎂質澆注料，微孔鎂砂鎂質澆注料內晶間鋯酸鈣及閉口氣孔抑制裂紋擴展，熱震后強度保持率達73.4%，而前者熱震后強度保持率為38.9%；由于具有更低的熔渣界面能和更大的二面角，以及鋯酸鈣對滲透的抑制作用，微孔鎂砂鎂質澆注料的侵蝕指數、滲透指數分別為31.8、60.1，而前者分別為42.8、92.2。
Al2O3-SiO2礦物中鐵和鈦的性狀
李勇
北京科技大學
通過分析三元相圖中可知，對于低鋁含量鋁硅原料來說，TiO2和Fe2O3固溶于莫來石中較多，進入玻璃相的較少。歐洲體系的低鋁含量鋁硅原料中，氧化鋁的含量在60%（w）左右，鐵鈦合量可達4%（w），莫來石物相在80%（w）左右。為了探討廢棄高鐵礬土礦的性能有可否利用的地方，將山西地區的高鐵低鋁礬土礦1500 ℃燒結后，發現試樣莫來石程度高，Ti、Fe元素參與了莫來石的合成、結晶、長大，葉航等的研究也發現，單純的氧化鋁和二氧化硅合成莫來石比較難，但加入鐵氧化物更容易合成莫來石。所制備試樣的高鐵莫來石體積密度達2.57g·cm-3，與實際使用的燒結低鋁莫來石原料相比可視為致密料。但荷重軟化溫度不高（1510℃），高溫性能不好，復合碳化硅是比較好的選擇。
中低品位礬土礦通常通過選礦工藝來提純，選礦過程中會產生大量尾礦和帶來環境問題，目前選礦工藝很難將鐵的氧化物降至 ≤1.2%。采用電熔法利用中低品位或廢棄鋁土礦制備電熔莫來石優點：將選礦和合成工藝融為一體，制備工藝合理、高效和性價比高。利用中低品位或廢棄鋁土礦制備電熔莫來石是產業化制備莫來石的有效途徑。該工藝目前處于試生產階段。但TiO2在該電熔莫來石中賦存狀態尚需探究。進一步發現，在鈦鐵礦和金屬鋁制備的鈦鐵合金和鈦剛玉中，鈦剛玉中的剛玉和TiO2兩相分離，且在抗渣試驗中，氮氣和空氣氣氛下均未見原料與渣有明顯反應。TiO2在還原性氣氛下易轉變為非氧化物Ti(C,N)，而其具有高強度和高耐磨性等，可提高材料的耐磨性和韌性。
大廢鋼比條件下鐵水包的異常侵蝕與材料選擇問題思考
徐國濤
寶鋼中央研究院（武漢）
鐵水包是承擔鐵水運輸的重要載體，其運行的安全、穩定直接影響煉鋼生產的順行，也影響工序的能耗與成本。鐵水包在使用過程中,包襯要經受1300-1400℃左右高溫鐵水的沖刷、浸泡、熱沖擊、機械磨損以及渣、鐵的侵蝕,有些鋼廠還要在鐵水包進行脫硫作業。隨著鋼廠降低鐵鋼比的需要，國內不少鋼廠在鐵水包中加入廢鋼，提高了鋼鐵生產流程中的廢鋼比，但也加劇了對包襯的沖擊和侵蝕。實際生產中，發現加入廢鋼的鐵水包存在異常侵蝕，為此對不同鋼廠用的鐵水包的侵蝕情況進行了調研分析，并對使用的新磚進行了性能測試，本報告結合相關的分析結果，探討了加入廢鋼對鐵水包襯的侵蝕影響因素及包襯材料存在的問題。
(1)鐵水包包底采用鋁碳化硅炭磚，體積密度可達2.90g/cm3；包壁用鋁碳化硅炭磚體積密度2.54g/cm3，含較多的葉臘石，燒后耐壓強度較低，Al2O3含量只有36.32%；體積密度、顯氣孔率、耐壓強度均低于行業標準的要求，鐵水包工作襯磚質量不能滿足鐵水包加廢鋼的工藝條件是侵蝕的主要原因。
(2)鐵水包采用紅硅石磚密度大，強度高，保溫性不好，容易增加鐵水溫降；而在廢鋼沒有烘烤條件下，因為沒有補熱措施，廢鋼熔化不徹底，造成包口包底粘鋼、粘渣，也加劇了鐵水包的破損。
(3)鐵水包襯的耐火材料必須結合工藝條件的變化加以改進，提高其技術的附加值而不完全是靠原料替代來降低成本。
鋁工業用耐火材料新進展
王戰民
中鋼集團洛陽耐火材料研究院
報告首先介紹了鋁工業發展的概況，包括鋁在工業部門中的應用比例，中國鋁工業的發展，中國和世界原鋁產量的演變，2020年世界原鋁產量占比和分布、2019全球主要鋁業公司產量占比，2020年中國十種有色金屬產量分布，2020年中國電解鋁和鋁材產量分布，中國電解鋁企業2020年產能以及2020年全國氧化鋁產量分布。
報告隨后介紹了鋁電解槽側襯材料，包括世界主要國家鋁工業窯爐內襯用耐火材料、電解槽的發展趨勢、比較了大型預焙槽與傳統電解槽用材料，列出了電解槽側襯類型和應用的主要形式；并對其中一些散熱型側襯材料的性能做了比較。
報告指出鋁熔煉爐的發展趨勢是容量越來越大，壽命要求越來越長；并討論了熔鋁爐耐火材料損壞機理、耐火材料抗鋁液浸潤新技術的途徑；對比了改進前后的性能指標。
最后，報告還介紹了其他功能材料， 如功能透氣裝置、溜槽類型、預制產品、輕質功能件、鑄嘴等。
