第七届国际耐火材料学术会议(ISR2016)技术总结

作者:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司              发布时间:2016-12-16


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 由中国金属学会、中国硅酸盐学会、中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司联合主办的“第七届国际耐火材料学术会议(ISR2016)”于201692022日在西安成功召开。

此次会议受到了国内外耐火材料同行们的广泛关注,来自中国、奥地利、德国、法国、美国、韩国、捷克、挪威、日本、瑞典、泰国、乌克兰、伊朗、印度等国家的耐火材料专家、学者、技术人员以及在校学生近400名代表参加了此次盛会,其中国外代表近80人。国内外知名的耐火材料行业及钢铁、有色、建材等用户行业、各企事业单位、院所和高校都派代表参加了此次学术盛会。

本次会议的主题为“更先进的耐火材料,更绿色的高温工业”。为期两天半的国际耐材盛会,围绕这一主题,进行了95个学术报告,包含13个特邀报告,82个分会场报告。报告主要分为七个领域:1)耐火原料,2)钢铁工业用耐火材料,3)有色、水泥、玻璃和其他高温工业用耐火材料,4)耐火材料的安全、环境问题和回收利用,5)耐火材料生产、检测、评价和施工方法及装备的新进展,6)耐火材料基础研究、教育、标准化与专利技术,7)其他。对此次会议的部分报告进行了技术总结。

920日上午9:009:25,由中国工程院副院长徐德龙院士做题为“论中国水泥工业的未来”的特邀报告。徐院士就中国水泥工业的现状,指出了中国水泥工业面临的环境压力问题、产能严重过剩的问题以及发展速度放慢,方向不清的问题,提出了中国水泥工业的转型发展方向,要向绿色、低碳、循环和智慧发展,并给出了定量描述转型的水平,即水泥产品的绿色度、水泥生产过程的低碳度、水泥工业与其他工业的循环度、水泥工业的智慧度。指出了转型发展的主要技术路径,包括推广XDL水泥煅烧新工艺,无球粉磨过程,超低温余热发电,电厂高钙灰的生产,用冶金液态渣制造水泥熟料,城市建筑垃圾的综合回收利用。得出了如下结论:1)面对严峻的环境、资源和产能过剩的问题,水泥工业的发展模式必须由主要依赖投资和资源的模式转向创新驱动发展,即绿色、低碳、循环发展的模式。2)水泥和水泥工业的再审视。为了实现水泥工业的转型发展,我们必须将东方的整体论和西方的还原论相结合,重新认识什么是胶凝材料,什么是水泥工业。3)水泥工业和相关工业的循环和集约发展是转型发展的关键。重点是链接工业的开发,难点在于CO2的资源化。4)以混凝土作为终端产品,延长水泥工业产业链,构建新型的混凝土建造工程服务业。5)加速水泥工业与信息化技术的深度融合,通过全方位的提升改造,实现智慧化发展。6)转型发展成功与否,主要取决于科技创新。

920日上午9:259:50,由弗赖贝格工业大学Christos G.Aneziris教授做题为“基于钢水与耐火过滤材料相互作用的洁净钢技术”的特邀报告。Aneziris教授在报告中指出:随着市场需求钢铁材料质量的不断提高,出现了使用陶瓷多孔过滤器去除钢液夹杂物的技术,采用陶瓷过滤器净化钢水是解决钢制品中气体和夹杂物含量过高的一个重要途径。借助显微结构,对陶瓷过滤器做了大量的研究,首先是比较了ZrO2结合和C结合陶瓷过滤器对钢水过滤的效果,发现C结合陶瓷过滤器具有减少收缩缺陷、提高抗热震性、增加抗蠕变性等优点而具有更好的过滤能力。接着研究了Carbo↑res P加入量对Al2O3-C过滤材料性能的影响,加入量越多,性能越好。比较了MgO-CAl2O3-C、莫来石、Al2O3过滤材料的性能并将其进行工业试验,发现MgO-CAl2O3-C过滤材料较好。还研究纳米碳对Al2O3-C过滤材料的性能影响并在连铸中间包中应用,发现可以去除细小的Al2O3夹杂,并降低死区比率。

920日上午95010:15,由大会组织委员会主任委员、中国金属学会秘书长赵沛教授做题为“中国钢铁和耐火材料工业的进步、挑战及其应对措施”的特邀报告。赵教授在报告中指出中国钢铁工业的经济技术指标进步很大,能源消耗的明显改善,但中国钢铁工业面临着巨大的挑战:产能过剩,亏损企业增加,反倾销/反补贴,环境压力增大。就这些挑战,给出了相应的应对措施:通过法律、标准、整合手段消减产能过剩,提高高端产品和用后产品再利用的稳定性,开启绿色和智能制造业,扩大国内钢铁需求。分析了中国耐火材料行业的现状和存在问题(需求持续下降,商业环境恶化,缺乏基础研究和创新),迫切需要推进耐火材料工业向绿色、寿命长、多样化和以顾客为中心的目标发展。

920日上午10:3511:00,由国际耐火材料研究与教育联合会Christopher PARR教授做题为“为支持不定形耐火材料的发展,加强耐火材料研究项目的合作”的报告。PARR教授在报告中指出,不定形耐火材料是一个复杂的领域,需要不同领域的合作。为实现耐火研究的进步,需加强材料科学和自然科学、材料学科与工程学科之间的亲密合作。基础科学、热力学和热机械等多学科多角度地设计高级耐火材料,即预先测试评估,又能更好地模拟产品的应用环境。充分利用FIRE合作网络,使得工业伙伴和学术伙伴都受益良多。

920日上午11:00-11:25,由中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司院长,中国金属学会耐火材料分会理事长李红霞教授做“环保高级耐火材料进展的特邀报告。李红霞教授在报告中指出:由于能源消耗大以及环境保护的要求,绿色环保的高级耐火材料是耐火材料行业的发展趋势。新形势下,要求耐火材料有较长的使用寿命,不影响服务产品的质量,节能环保,轻巧及便于安装,安全可靠,利于回收利用等一系列的优点。因此研发新型环保耐火材料产品来应对市场需求刻不容缓。李红霞教授在报告中指出了如何设计新型耐火材料,如何延长耐火材料的使用寿命,并列举了一些始于高温工业使用的高级耐火材料,为广大生产研发人员提供了宝贵的经验。

920日上午11:25-11:50,由来自美国的Charles E. SEMLER教授做“2016年耐火材料行业回顾市场及研发特邀报告。SEMLER教授从水泥行业,钢铁行业,耐火材料行业,耐火材料公司,耐火材料研究趋势等方面出发,总结了2016年世界及中国耐火材料行业的运行及发展情况,同时,他在报告中还选择性的对一些研究课题进行了简单回顾,对一些新发明和新进展给出了自己的宝贵意见。

921日上午8:30-8:55,由濮阳濮耐高温材料(基团)股份有限公司董事长刘百宽教授做中国耐火材料行业进展的特邀报告。刘百宽教授在报告中系统介绍了中国耐火材料行业的发展历史、发展现状和发展方向,明确了耐火材料行业存在的产能过剩,无序竞争,利润率低,污染环境等问题,指明了中国耐火材料行业面临着各种机遇和挑战,必须通过深化改革,产业整合,自主研发,精准服务等手段不断优化产业配置,更好服务于高温行业。

921日上午8:55-9:20,由Leslie M.POWER教授做题为“洁净刚技术的趋势”的特邀报告,Leslie Power在报告中就二次冶金及其所用耐火材料等方面做了阐述。首先介绍了具有特定性能的新钢种(大于2000个不同的等级)的特点:即不含任何杂质和合金的更高纯度的钢种(钢的等级通常指定一个ppm的范围),渣有益化,通过在二次(钢包)冶金过程中的钢水的延伸处理来实现钢的改进,降低能量损失和二氧化碳排放,连续改进钢包内衬。然后重点介绍了洁净钢用合成氧化铝质耐火材料。铝镇静钢使用低熔点铝酸钙渣,炉衬具有优异的抗渣性,通过与内衬的相互作用,钢水未发生二次氧化,如铝镇静钢中过剩铝溶解,在耐火材料中SiO2易与Al反应生成SiAl2O3(钢中有夹杂物将被罚款);无碳钢,超低碳钢仅有10~20 ppm [C],同时还介绍了Al2O3含量为60%~97%的高铝耐火材料的抗渣性能,试验中使用了典型的铝钙钢包渣CaOAl2O3质量比为1:11600 ℃保温2 h后,发现随着SiO2含量的降低,耐火材料的抗渣性能越好,这主要在于高铝原料提供了优异的性能,合成氧化铝质耐火材料具有很高的化学纯度,“天然”含SiO2质材料对热力学稳定性和钢的抗氧化性至关重要—SiO2含量越高,抗氧化性越好。因此合成氧化铝质浇注料或砖在钢包侧壁上的使用非常成功。此外,高耐火度的铝尖晶石砖可取代尖晶石浇注料,具有高耐磨性的铝尖晶石质浇注料经常被使用在环形薄壁内衬技术,通过在镁钙砖中添加C和石墨可增加抗热震性和抗渣性。指出通过减少钢包内衬厚度来提高钢包容量,以200 t钢包为例,内衬减少10 mm厚度可多装2.5 t钢水。与MgO/C砖相比,整体铝尖晶石耐火材料的吨钢热损失比MgO/C砖要低15 K0.75~1.50 /t钢),而钢包耐火材料费用约为1.50~2.00 /t钢,即热损失的费用占钢包耐火材料总费用的50%以上。因此,热导和热损失应该包含在经济考虑范畴内,无碳氧化铝/尖晶石内衬可降低热损失。最后介绍了钢包预铸成型用功能耐火材料。

921日上午11:2011:45,中钢集团耐火材料有限公司薄钧总经理在报告中首先回顾了中国炼焦工业的现状,指出中国当今炼焦行业值得思考的五个问题,然后介绍了焦炉用耐火材料的现状,指出多年来,中国的焦炉技术虽得到不断提升,但在耐材技术方面仍然沿用传统耐材理念(硅砖-残余石英-外形控制-复杂砖型),特别在焦炉节能环保方面耐火材料没有发挥出应有的技术潜力。最后重点介绍了大型焦炉用耐材的发展趋势,如运用纳米技术制得的高致密硅砖,其热导率比传统焦炉硅砖提高20%以上,强度是普通硅砖的1.5倍左右,在结焦时间相同的条件下高致密硅砖焦炉NOx排放低于传统硅砖焦炉,按照每燃烧1吨标煤排放7千克氮氧化物计算,宝钢一座年产247万吨焦炭的高致密硅砖焦炉与传统硅砖焦炉相比,每年可减少氮氧化物排放430吨,减排效果显著;相比传统产品,复合材料预制件-炉门砖的使用可降低机侧温度30℃,降低焦侧温度20℃,减少炉门厚度150~300 mm,降低清洁和更换时间40%;相比于传统产品,立管和桥管采用陶瓷复合材料解决了传统管道衬体碳沉积以及维护难度的问题,具有砌筑灰缝少,耐侵蚀,釉面积碳和焦油易于清理,使用寿命长,维修费用低,密封性好,热损失小,减少环境污染等优点;硅砖表面复合陶瓷材料可降低渗碳作用导致的损坏;炉底用新材料耐磨度比传统硅质材料提高近四倍,提高焦炉炉底运行质量,提高焦炉操作的安全性;同质同相硅质火泥以硅质烧结料为主要原料,烧结料中已部分鳞石英化,在使用过程中能够与硅砖砌体热线膨胀率基本保持一致,其粘结性也明显高于国标硅质火泥;热修补用电熔(低膨胀)硅砖具有焦炉温度在400 ℃时即可实施修补,无需停窑,修补时间短,能经受急剧温度变化,砌筑过程中不用预留膨胀缝,新旧窑体结合紧密,修补砌筑体性能稳定等优点。

920日下午2:002:20在分会场一,由武汉科技大学李亚伟教授做题为“含碳耐火材料的最新进展”的特邀报告,李教授在报告中介绍了四种碳源(炭黑,碳纳米管,氧化石墨烯薄片,膨胀石墨)被分别引入到天然鳞片状石墨结合的MgO-CAl2O3-C耐火材料。研究了纳米级碳源的引入对高温下耐火材料显微结构和化学性能的影响,并比较了含纳米级碳原料的耐火材料与未添加纳米碳的耐火材料的热震稳定性,结果显示含零维纳米碳源的炭黑比碳纳米管和氧化石墨烯薄片更易形成陶瓷纤维。但是,含零维纳米碳源的炭黑因球形炭黑原料可在加热和冷却过程中吸收释放热应力而提高耐火材料的热震稳定性。此外,多壁碳纳米管(MWCNTs)一维碳拥有优异的化学性能,添加了MWCNTsMgO-CAl2O3-C耐火材料比未添加MWCNTs的具有更好的化学性能。同时,还促进了起增强和增韧作用的具有高表面积和活性陶瓷相的形成,六方结构的MWCNTs是二维碳源,氧化石墨烯薄片(GONs)在低温时能提高化学性能。还有,GONs也加速了高温时Al2O3-C耐火材料中SiC晶须以及MgO-C耐火材料中片状AlN的形成。实际上,膨胀石墨是一种具有各种孔径的GONs颗粒。因此,耐火材料为获得良好的性能,用膨胀石墨代替GONs是可行的。

921日下午2:002:20在分会场一,由北京科技大学李勇教授做题为“钢铁工业用金属-非氧化物-氧化物复合耐火材料”的特邀报告,李教授在报告中指出,为了制备高性能的复合材料,金属和聚合物材料将会应用于无机非金属材料中,先进陶瓷工艺也会促进耐火材料的创新。金属原料如AlSi和硅铁合金,非氧化物如氮化硅和氮化硅铁合金以及Al2O3-SiO2加入到耐火材料中,可改善或提高材料的性能,如抗热震、抗折强度等性能。基于金属高技术陶瓷和过渡金属塑性相工艺,金属-氧化物-非氧化耐火材料必然成为未来有前景的材料。然而,完整的理论体系还没有建立,技术控制和应用也不充分,仍需深入研究。添加新型原料制备批量的稳定产品依然是个难题。

921日下午2:002:20在分会场二,由大会学术委员会主任委员、中钢洛耐院副院长、中国金属学会耐火材料分会秘书长王战民教授级高工做题为“在快速加热过程中致密浇注料的爆裂研究”。王教授指出,通过在浇注料试样的特定位置放置压力引出导管和热电偶,测量了超低水泥浇注料在单面和多面烘烤过程中爆裂位置的蒸气压、温度和烘烤时间之间的相互关系。根据浇注料的结构特点,建立了中空球壳模型,分析了蒸气压对浇注料结构产生的应力作用。报告中指出了超低水泥浇注料在测量点80~100 mm的位置发生爆裂,爆裂位置的蒸气压随温度的变化趋势与水的饱和蒸气压的一致。提出了蒸气压诱导气孔破裂致浇注料爆裂机制,蒸气压作用于浇注料内部气孔孔壁上导致气孔破裂,产生裂纹,裂纹在蒸气压作用下失稳扩展,引起突发性的爆裂。通过比较试验对象的抗拉强度和蒸气压产生的应力作用,定量地验证了提出的蒸气压诱导气孔破裂致浇注料爆裂机制,同时还解释浇注料在烘烤过程中发生爆裂的随机性。

921日下午2:002:20在分会场三,东北大学于景坤教授做题为“隔热材料的研究与应用”特邀报告,于教授在报告中指出,节能减排是社会发展的重要问题,为了达到良好的节能减排效果,应用较低热导率的隔热材料显得尤为重要,因此其研究开发了氧化铝基和二氧化硅基隔热材料。氧化铝基隔热材料以氧化铝、氧化镁和碳化硅为主要原料,具有较高的闭口气孔率,且随着氧化镁和碳化硅含量的增加,闭口气孔率升高。二氧化硅基隔热材料以硅灰、遮光剂和纤维为主要材料,400~600 ℃的热导率仅为为0.02~0.033 w(m·k)-1,在1 000 ℃的热收缩小于2%应用于钢包中使钢水的温降明显降低,且应用于钢包和中间包时,该隔热材料的厚度至少分别为5 mm10 mm

各位专家对近年来耐火材料的发展及取得的成就做了介绍和论述,同时分析了耐火材料研究、生产和应用方面的最新发展,并指出了今后的发展趋势。精彩的特邀报告吸引了国内外代表的浓厚兴趣。此次会议的规模、收录的论文数、会场报告的论文数及论文质量都超过了以往各届会议。本次会议的隆重召开为世界各地的耐火材料研究者、制造商、供应商和用户提供了交流平台,帮助了耐火材料行业更好地解决发展带来的问题,促进了国内外耐火材料同行的交流和合作,为我国和世界高温工业发展助力。

 

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