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我国耐火材料几个值得思考的问题
加入时间:2012-07-30 最后编辑时间:2012-07-30 文章出处: 作者:
要确立我国耐火材料强国地位以及技术上领先水平,今后耐火材料科研工作下面三方面问题值得重视。
一、实现可持续发展研究
“可持续发展”世界各国经济发展重要问题。耐火材料行业可做工作很多,主要包括资源与能源最有效利用;废物利用与耐火材料循环使用等。
1、耐火材料矿产资源综合利用
经过几十年无序开采与不当利用,我国耐火材料资源浪费严重,耐火材料矿产资源矛盾已经比较突出。
就铝硅系资源而言,由于选择优质矿产,采用落后开采与煅烧技术,低价位出口,矿产资源破坏比较严重。我国高铝矾土质量稳定性问题依然没有解决,与铝工业争原料情况日益严重。大量二、三级矾土被浪费掉,只有用二、三级矾土制备莫莱石取得成功,目前大约已形成10万-30万t产量,而且还继续增加。
今后我国铝硅系耐火材料原料发展应该遵循可持续发展原则,提高材料利用率与利用效率。技术发展有两条路可走:一条走我们过去走过老路,即选矿提纯与均化路,事实证明,这条路经济与效率上问题较大。另一条路可能会耐火材料界引起很大争论,那就让出特级及一级铝矾土给铝工业,我们则转而利用铝工业生产氧化铝以及由二、三级矾土所生产莫莱石为原料来制备铝硅系耐火材料。这一条技术路线理由有两个:(1)铝工业生产氧化铝技术一个成熟、大规模生产技术,而矾土选矿提纯技术相对而言要不成熟很多。(2)采用工业氧化铝为原料可以减少杂质含量,实现精料化,生产得到铝硅系耐火材料质量提高,使用寿命延长,从而提高资源利用效率。此外,铝硅系材料,红柱石、硅线石与蓝晶石研究也应加强。这方面过去进行过一些工作,但如何使不同品质这类材料得到综合利用还有待加强。
就碱性材料而言,为了满足镁碳砖等优质耐火材料需要,高纯度优质菱镁矿资源已经越来越少,而大量质量尚好菱镁矿及粉矿被大量堆放不用,这造成了资源浪费。为了解决这一问题,有三方面工作可以进行:(1)物尽其用,不追求高纯度、高质量。不同档次产品采用不同原料。同时,开展用低档次原料生产高档次制品研究。(2)开展资源综合利用研究,将粉矿等被废弃资源尽量利用起来。(3)发展白云石质耐火材料。由于我国优质白云石分布很广,除了开展防水化研究外,还可考虑钢厂附近就近生产,以减少水化带来影响。
资源综合利用科学研究工作紧密相联系。只有当科研工作做到使综合利用变得有利可图时,综合利用才能真正实现。
2、耐火材料回收利用
用后耐火材料回收再利用近年来已受到广泛重视。欧洲耐火材料回收利用情况如下:
钢铁公司耐火材料质量平衡:熔损33%,内部再利用25%,外部再利用37%,废气5%。
耐火材料质量总平衡:熔损33%,非耐火材料应用31%,耐火材料循环使用24%,废气12%。
可见,欧洲耐火材料再生利用达到50%左右,被废弃耐火材料很低。我国耐火材料回收利用还有很多工作可做。现江浙地区、宝钢及其附近地区工作做得较好。耐火材料回收利用包括两个方法:一个将用后耐火材料破碎后作为原料再利用,这里面包括有用与无用部分分离技术,以及用这部分原料制造新耐火材料制造技术;另一个耐火材料部件,如滑板修复再利用,包括修复技术及粘接技术等。
3、减少于防止对环境污染
耐火材料本身对环境污染并不严重。除了未利用原料及用后耐火材料堆放造成土地荒漠化及大气灰尘外,近年来,最令人关心铬污染。一些发达国家已禁止水泥回转窑使用镁铬耐火材料,作为替代品使用尖晶石及白云石材料已经取得了较好结果。我国,有关研究及试用工作还进行。
冶金行业,特别有色冶金工业,镁铬材料仍然重要耐火材料产品。与水泥工业不同,冶金工业含铬耐火材料不易直接转化为六价铬,对环境污染可能会小一些。但,原料与废砖长期露天堆放,同样会造成六价铬进入地下水系造成污染。目前情况下,当务之急加强废砖保管与回收利用,同时积极开发替代产品研究,这有色冶金工业尚有相当长路要走。
二、几个值得注意问题:
对整个人类及一个国家而言,资源重复使用、可再生资源利用可持续发展重要因素。对一个行业而言,除了上述因素以外还需要不断地出现新思
1、新思路,开发新材料体系
像将石墨引入耐火材料一样,一个正确新思路就会形成一个新材料体系。近20多年我们尚未找到新突破。
氧化物-氮化物复合材料已进行了近20年工作,除了氮化硅结合碳化硅及氮化硅刚玉外,未见很有希望应用前景。纳米粉末应用仍处于初期阶段,而且应用范围有限。今后仍应加强基础研究及学科交叉以寻求有效新思路。
2、注意耐火材料新功能开发
近年来,耐火材料工业呈现萎缩现象,产量越来越小。这与耐火材料功能单一、追求目标单一有关。耐火材料使用功能抵抗高温渣侵蚀,追求目标长寿。结果受命越来越长,产量越来越少。耐火材料要摆脱这种困境必须开发新功能。除长寿以外,还应追求新目标。
例如,对冶金产品净化作用。调整与控制液相成分,让它一定程度上参与冶金过程,就有可能对钢水净化做出一定贡献。此外,通过改变精炼用耐火材料部件(如透气砖、喷枪等)结构来提高其冶金效果,也应属于这一范畴。
随着能源紧张,节能可持续发展一个重要方面。能不能开发出一种既具有耐高温、抗侵蚀功能,又能有绝热节能功能材料?
三、加强学科交叉 借鉴别学科新知识与成熟经验
许多耐火材料技术发展都学习了别学科经验与技术,如浇注料许多技术理论来自混凝土。最近一个值得提出应用有限元技术来计算耐火材料使用条件下温度与应力分布。热应力破坏耐火材料损坏两个主要因素之一。而对于耐火材料热应力计算及热震稳定性研究仍处于较初级阶段。近年来,由于有限元及计算机技术发展,使得这种计算成为可能。国外这方面工作做得较多,但多数情况下仍将耐火材料当成均质体来考虑,但实际上耐火材料一个复杂非均质、非线性材料。耐火材料高温下性质相关数据也很缺乏。因此,真正要做到准确计算热应力,计算技术及材料性能上还有很长一段路要走。
此外,近年来材料设计一些其它新技术也应考虑如何应用于耐火材料上