论耐火材料工业的科技发展（续）

　　河南省耕生耐火材料有限公司  石凯
　　2 高温工业的需求
　　马克思、恩格斯多次强调，科学技术的产生和发展是由生产决定的，因为，以生产需要为表现形式的经济动力是科学技术发展的强大动力，人类为了生存和发展，需要不断解决人与自然的矛盾。现代科学的发展为协调人和自然的关系提供了可能性，现代技术的诞生则为解决这个矛盾提供了手段和方法。这种生产对科学技术的推动作用表现为两方面，一方面是社会生产不断提出新的需要；另一方面生产的发展又不断为科学技术提供新的实验手段，并提出“大量可观察的材料”。高温工业的科技进步和生产使用要求是耐材科技进步的决定性因素。多方面、多层次的生产使用要求，为耐材科技进步提供了广阔天地，给研究开发机构提供新思路，创造新机会，诱发企业制订科技进步新战略，同时也是激励科技创新活动起动、持续以至成功的最重要的、决定性的因素。改革开放以来，我国经济的持续健康发展，冶金、建材等高温工业的技术进步为耐材工业科技发展提供了广阔的舞台。
　　2.1 冶金工业的需求
　　冶金工业是耐材的主要应用领域，耐材发展与冶金工业技术进步互为依存，相互促进，冶金工业每次重大的新技术、新工艺、新炉型的出现，都与耐材的质量提高和新品开发分不开。冶金工业工艺升级、调整品种、提高寿命、降低成本的新要求，是耐火材料科技发展的主要推动力量。如炼铁技术的发展促进了炼铁用耐材的开发，为适应高炉长寿化的要求，开发了氮化硅结合制品、在线维修技术及材料；为满足高温热风炉的使用要求开发了低蠕变砖，适应高频出铁的要求，发展了免烘烤铁沟料；为了适应铁水“三脱”的需要，开发了专用喷枪和鱼雷车用成套材料。平炉炼钢的淘汰，促进了转炉和电炉用耐材质量的提高；大力发展连铸技术，推动了连铸用功能耐材的技术水平和实物质量不断提高；为了调整品种，采用了各种炉外精炼技术，相应推动了精炼用各种优质耐材的进步；为了适应超低炭钢的冶炼，开发了低炭、无炭钢包衬砖；为了吸附夹杂净化钢液，开发了各种含游离CaO的材料。“熔融还原-近终形连铸”新一代紧凑型钢铁流程的发展，推动了耐材向高品质、长寿命、多功能、低污染的方向发展。铝、铜、铅、锌等有色冶金新技术、新工艺的发展，强化冶炼及新型窑炉设备的采用，推动了相关领域耐材质量的提高和新品的研发等等。
　　2.2 其它工业的需求
　　除冶金工业外，建材、石化、环保、能源、电子等高温技术不断发展和日益苛刻的使用要求，也推动了耐材的科技进步。如微晶玻璃、超薄玻璃、玻璃纤维的生产，要求耐材蚀损对玻璃成分的影响达到微乎其微，所以必须提高耐材的抗侵蚀性。水泥回转窑的大型化、高效化和环境友好，对窑衬材料提出了新要求；辊道棒和堇青石等优质窑具材料的开发，是为了适应陶瓷烧成窑炉发展的要求。为满足水煤浆气化工艺，而开发了高铬材料；垃圾焚烧炉和熔融炉的出现，促进了相关耐材的发展。高温窑炉的轻型化和高效化及节能的要求，推动了耐火纤维等隔热环保材料的发展。这些新的需要和日益苛刻的使用要求，促使耐材科技工作者不断研究新技术、开发新品种，推动了耐材工业的科技发展。
　　3 机械装备的技术进步
　　装备和制造业的科技发展，为耐材的发展提供了坚实的物质技术基础，生产过程的机械化和自动化为耐材的发展创造了条件。耐火材料的制造是利用相关的机械设备对耐火原料进行加工的过程，离开了机械设备，耐火材料就无从生产，所以耐材生产所用机械设备的性能、水平及改进提高对耐火材料的科技进步影响深远，有时关键设备的性能不过关，满足不了生产要求，会成为制约耐材发展的瓶颈，有时关键设备的突破，会大大加速耐材的科技进步。通过“八五”、“九五”攻关基本解决了我国耐材工业工艺装备落后的局面。
　　3.1 微粉制备及混合设备
　　气流磨等微粉生产设备的开发，降低了微粉的加工成本，使微粉普遍应用于制品和不定形材料，降低了制品的烧成温度，提高了不定形材料的性能。螺旋锥型混合机、双锥型混合机、V型混合机等预混合设备，使不定形及功能耐材生产中细粉和微量添加剂的混合更加均匀。高速混合机（可对混合物料的温度进行控制）、行星式强制混合机、强力逆流混合机所制备泥料的性能更加优良，不但提高了混合效率，在降低粉尘、控制噪音方面也取得了较大的进展。
　　3.2 成型设备
　　高压成球机的性能有了较大提高，满足了生产高档原料的要求；摩擦压砖机有了较快发展，抽真空压砖机的出现，使高碳镁碳砖的性能明显改善。特别是1000吨复合式摩擦压砖机的诞生，使摩擦压砖机的品种更加齐全，性能更加优良，它兼有液压机排气和摩擦压机高打击力的特点，采用双面加压，真空排气，自动测厚等技术，实现了机电一体化和自动控制，大大提高了成型功效和砖坯质量的稳定性。液压机的性能更加完善，实现了从泥料定量、填模、压制、砖坯移送、在线检测等全过程的自动化。等静压机的研制和国产化，大大降低了连铸“三大件”的生产成本，相应的石墨分级机、造粒机、流动干燥床、真空浸渍装置等功能耐材专用配套设备的成功开发，有力地推动了功能材料的品种调整和产品升级。振动压砖机的研制使超薄制品、氮化烧成制品的产品质量明显提高。
　　3.3 烧成设备
　　超高温、高真空等极端条件的获得，为制备特种性能的耐材开辟了道路。烧成是制品生产的关键工序，对制品性能有重要影响，同时也是高能耗工序。烧成设备的能力、所使用的能源、达到的最高温度、窑内的气氛都对烧成制品的性能有较大影响，并在很大程度上决定着产品的成本。有关热工技术的技术进步，使超高温竖窑、超高温回转窑、超高温隧道窑的技术走向成熟，提高了高档烧结原料和制品的性能；氮化炉的开发使氮化制品的烧结成为可能；近十年来迅速发展的轻型节能梭式窑是取代倒焰窑的新型间歇式窑炉，以薄壁、节能为特点，可用气、液多种燃料，采用多种燃烧和均热技术，使窑内温差小于5℃，实现自动化控制，劳动强度小，对多品种小批量产品有较好的适应性。
　　耐火材料的烧成设备的工作温度从低温发展到高温及超高温，工作气氛从氧化气氛发展到还原气氛、氮气气氛等控制气氛，所采用的能源从直接燃料到间接能源及洁净高效能源(红外线、超声波等)，烧成设备的质量和产能有了大幅度提高，对生产组织和能源的适应性不断加强。
　　3.4 施工设备
　　这里讲的施工设备主要指不定形材料的施工设备，不定形耐材的快速发展与其施工设备的发展，及实现施工机械化、自动化有关。以前不定形材料的施工设备，主要借助于建筑行业的设备，施工手段简陋，施工速度慢，施工质量难以保证，为此人们制造了专用的高效快速搅拌机、整体振动胎具等施工机械，使整体浇注技术向前跨进一大步。近几年又开发了无模施工技术，如喷涂机、湿式喷射机，向施工自动化迈进。对较厚的施工体，采用机械手控制喷枪，电子眼观察喷射表面，人工智能控制施工质量等先进技术逐步走向成熟。
　　总之，耐材的科技进步和耐材设备的科技进步相互促进，共同发展，特别是耐材设备专业生产厂的出现，明显提升了耐材设备的性能。
　　4 相关学科的科技转移
　　随着现代科技的发展，各学科之间相互渗透、综合化、整体化的趋势明显加快，发展中的横向关联性、交叉性极为突出，现代科技革命愈加深入，人们对自然界的认识和变革过程中所遇到的问题就愈带有综合性，而且范围广、难度大，绝不是单独一门科学、一项技术所能解决的，必须由多学科、多技术形成的科技群体才能突破。边缘科学和技术的发展，为耐材科技发展奠定了科学和技术基础，耐材的科技进步也受到其它学科技术转移和渗透，有时可借助其它学科的研究成果，有些技术问题的解决需要其它学科技术人员的参与，这就要求耐材科技人员必须是专才与通才的结合，达到一专多能。
　　4.1 信息技术的应用
　　现代技术革命的实质与信息、知识密切相联，力求使人脑得到延伸而减轻人的脑力劳动，是人类智力的解放，是一场智力革命。信息技术包括通信、计算机和自动控制，信息技术在耐火材料中的应用取得了重大成果。信息技术应用于科研中，使科研手段更加先进，提高了科研的速度和科研成果的可靠性。信息技术应用于高温窑炉的结构设计，优化了窑炉结构。信息技术应用于制造过程，从模具设计、配料、混合、成型、烧成、检验到包装，提高了生产过程的自动化，不仅代替了人对生产过程的监视、操纵、调节和管理，而且优质高效。信息技术应用于企业管理的数据统计、计划编制、成本核算、物资管理、人事档案、销售贸易，实现办公自动化，使办公快捷、方便、准确、高效。
　　4.2 相关学科的技术转移
　　耐火材料作为一种材料和其它材料有相近的研究方法，可以引用、借鉴其它材料的研究方法、新工艺、新材料。如高温结构陶瓷所应用的氮化硅、增韧氧化锆、补强纤维等新材料应用于耐火材料，开发了一系列性能优异的高级耐火制品。精细陶瓷，研究中的超细粉、纳米技术应用于耐材中，使产品的生产工艺和性能有了明显改进。流变学的研究方法应用于不定形材料，改善了浇注料的流动性、触变性、黏附性等施工性能，推进了施工自动化的进程。应用无机化学、有机化学合成的新物质、新材料，形成了耐材新的结合剂和结合体系，并改善了浇注料的分散性、可塑性、凝聚性、防爆性等性能。数学与计算机的集成技术已初步应用于耐材领域，如用有限元分析法模拟耐材在使用条件下的温度场和应力场分布，预测其过程的损毁行为；将断裂力学应用于功能耐材的形状和结构设计，提高了耐材使用中的安全可靠性。
　　5 管理现代化
　　科技和管理是推进社会发展的“两个轮子”，科技的发展为先进的管理提供基础，另一方面，先进的管理为科学发展提供保证，没有先进的管理水平，先进的科技就无法发挥它的作用。过去二十年是耐材科技大发展，管理理念大变革的时代，在企业管理上采用了许多新的管理理论和方法，如在质量管理方面，从全面质量管理、零缺陷、 ISO9000、卓越绩效模式到六西格玛管理；生产现场管理从5S、定制管理、准时生产到精益生产。企业管理在管理理念、管理结构、管理方法、管理手段上不断优化，合理调配、组织物质资源和人力资源，力求达到用最少的物质和劳动消耗，取得最大的技术经济效益。同时将管理科学与行为科学结合起来，使管理方法更加科学化、人性化。近几年不少企业采用新的管理理念，建立企业文化，将企业的“硬”管理和“软”管理结合起来，以软管理为主，从以“物”为重点的管理理念转变为以“人”为核心的管理理念，以挖掘人的智力和潜能，最大限度地调动人的积极性。
　　管理创新在企业创新中处于综合统筹、指导协调的地位，它是对传统管理原则、流程和实践的变革，比其他任何类型的创新都发挥了更大的作用，通过整合企业体制与市场机制，整合产品功能与用户需求的，提高核心竞争力，激发创新体系，提高运行效率，使企业绩效迈上了一个又一个新台阶。质量管理在企业管理中占有重要地位，随着市场经济的发展，耐材企业对质量管理投入了大量精力，普遍建立了完善而有效运行的质量管理体系，使产品的实物质量稳步提高，竞争力不断得到增强。
　　6 节源和环保的要求
　　地球上人类赖以生存的不可再生资源的储量是有限的，掠夺式的开采和挥霍式的使用，必将会造成“资源和能源枯竭”，所以坚持可持续发展战略，合理地使用资源，节能降耗是耐材科技进步的方向。如合理利用低品位的矾土资源，生产了均质料、莫来石合成料；经过两步浮选工艺，提高了菱镁矿的纯度；科研单位已用煤矸石合成了Sialon原料；开发了一系列在不同环境下起隔热作用的轻质材料，起到了较好的节能效果。不少科研立项已摒弃以前追求高档、高纯、高温的技术路线，而采用追求资源效益最大化、低环境负荷的技术方向。
　　我国耐火材料工业在为高温工业做出贡献的同时，也消耗了大量的资源和能源，污染了生态环境，这个问题越来越引起政府和同仁的重视。“循环经济、环境友好、可持续发展”对耐材工业的影响越来越明显，促使耐材企业转变粗放的增长方式，重新定位发展模式，树立循环经济的理念，在充分利用资源、保护生态环境的基础上，使耐材工业逐步走上良性循环的、健康的发展道路。提倡“绿色耐材”、清洁生产、职业健康促使企业治理环境，淘汰落后的品种、工艺和装备，促进生产过程环保化；耐材的修复使用，用后耐材的处理和再生利用，用无铬碱性砖代替对人体有害的含铬材料等等，降低产品在使用中对环境的负荷并有利于人类健康，以达到产品使用无害化。这些都促使耐材科技发展坚持保护和改善生态环境，坚持科学发展观。
　　7 结语
　　耐火材料工业作为社会产业的一个分支，又处于科技革命的大变革时代，其科技进步受社会综合因素的影响，社会政治、经济、教育、文化都对耐材科技进步产生了不同的影响，除耐材工业自身的发展内因外，高温工业不断提高的使用要求、耐材生产装备的技术进步、相关学科的科技转移、现代化管理理论及节源环保的要求等外部因素，在不同程度上、不同方面上推动了耐火材料的科技进步，从而促进了耐材工业的大发展。