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刚玉、碳化硅在耐火材料中的应用

耐火材料广泛应用于冶金、建材、化工、有色等高温工业,是跨行业多领域的基础材料。耐火材料与高温工业相互依赖、相互促进、共同发展,对我国工业经济的发展起着重要支撑作用。我国耐火材料行业已经取得了长足的发展,2010年规模以上企业2000多家,产量2800万吨。


河南省耐火材料行业协会会长靳亲国教授在全国磨料磨具行业大会做主题报告
  

我国耐火材料行业发展现状

  1. 耐火材料在国民经济中的地位

    耐火材料广泛应用于冶金、建材、化工、有色等高温工业,是跨行业多领域的共用基础材料。在高温工业的应用比例大概为:钢铁占65%、建材占17%、有色占4%、化工占4%、其它占10%。应用领域涉及国民经济的各个行业,这些行业与耐火材料行业相互依赖、相互促进、共同发展,没有耐火材料,就没有高温工业。耐火材料的技术进步支撑着高温工业发展,为实施“节能、减排和降耗”战略和发展“低碳经济”起到十分重要的推动作用。

  2. 我国耐火材料在国际耐材市场中的地位

  在钢铁、有色、建材、化工、电力等高温工业发展的推动下,我国耐火材料工业发展迅速,生产工艺、技术、装备水平不断提升,产品质量不断提高,品种不断增加,逐渐得到国际市场的认可,产销量已多年稳居世界第一。

  目前耐火材料产品的品种和总量不仅满足了国内高温工业生产、发展的需求,而且耐火材料产品的出口量也逐年递增,市场遍及东南亚多国和美洲、欧盟、俄罗斯等150个国家(地区)。我国耐火材料行业,已从小到大,从弱到强,成为世界耐火材料行业主要生产和消费国。

  随着我国耐火材料产业结构调整与优化、资产重组,淘汰落后产能步伐的加快,一些有实力的耐火材料企业通过上市和组建企业集团,在资金和生产技术装备上已拥有较强的实力参与国际市场的竞争。未来几年,我国耐火材料将占有更大的国际市场份额,将成为名符其实的世界耐火材料制造中心。

  3.我国耐火材料行业发展成就

  近年来,在高温工业新技术快速发展的强力推动下,我国耐火材料工业,坚持科学发展,转变观念,着力自主创新,在产业结构的优化升级、产品结构调整、工艺装备的更新换代以及在世界耐材行业的竞争能力等方面均取得了突出的成绩,为我国钢铁和高温工业的发展奠定了坚实的基础。

  产业结构不断优化升级,规模壮大。一些耐材企业通过强强联合、兼并重组、相互持股等方式进行战略整合,推进了耐火材料工业组织结构的调整、优化和产业升级。

  产品结构得到调整,自主创新能力不断增强。为适应钢铁工业的高炉长寿命、提高转炉炉龄、炉外精炼和高效连铸等工艺,先后开发出了采用微气孔结构和特殊工艺生产的高炉陶瓷杯用微孔刚玉砖、赛隆结合刚玉制品、高炉风口区快干高强刚玉-氮化硅-碳化硅复合浇注料、金属复合氧化物非氧化物耐火材料、含Si3N4高炉铁沟料和Si3N4复合高炉喷补料、镁钙砖、中间包透气水口、连铸洁净钢用无碳无硅水口和薄板坯连铸用浸入式水口等新产品,在宝钢、鞍钢、武钢等大型钢铁企业使用,取得了良好效果。为服务建材及其他行业,先后研制出浮法玻璃窑用氧化法无缩孔浇铸和普通浇铸等系列电熔锆刚玉熔铸制品、水泥窑用直接结合镁铬砖,半再结合镁铬砖、新型干法水泥窑用新型板状刚玉浇注料,获国家科技进步二等奖的铝电解槽用氮化砖结合氮化硅耐火制品、化工用系列高纯刚玉耐火制品及配套产品等,在国内大型企业的使用效果良好,取代了进口产品。不定形耐火材料已广泛应用高炉出铁沟,一次通铁量10万吨以上。在铁水包工作衬,使用寿命可达1000次左右。混铁炉工作衬采用了全部或部分整体浇注取代砖衬,使用寿命可达3年左右。鱼雷罐采用湿式喷射修补,寿命提高25%以上。为提高施工效率和避免极端气候的干扰,钢包也采用了浇注料预制件作工作衬。铁水包、钢包、中间包等的背衬采用体积密度为1.6-2.2g/cm3的高强、低收缩的半轻质浇注料以减少热损失。大型和异形浇注料预制件的应用日益增多并出口国外,如加热炉烧嘴、烟道砖、锚固砖、高炉风口组合砖等等,均采用浇注料预制件。棕刚玉、碳化硅原料对上述产品的开发起到了主要要作用。

  生产工艺装备更新换代的步伐加快。随着我国耐火材料工业的快速发展,耐火材料生产企业,特别是重点企业的装备水平也在不断升级。

  4.耐火材料生产现状

  2010年耐火材料行业规模以上企业为2000多家,产量2800万吨。产品配套,品种齐全,产量增幅高于固定资产增幅,产品结构进一步优化,满足了高温工业技术进步的需要。行业内对成本的管控能力水平较高,装备水平有显著提高,盈利能力得到进一步改善,行业推进节能减排、环境保护有较大进展、耐火材料行业整体发展较为稳定。

  5.耐火原料资源供应情况

  我国耐火原料的品种繁多,资源较为丰富,其中菱镁矿、铝土矿等资源堪称中国耐火原料的支柱,耐火黏土、硅石、白云石、镁橄榄石、蛇纹石、锆英石等资源分布广泛,质地优良。这些耐火原料资源为我国耐火材料行业的发展,提供了可靠的基础条件。

  6.我国耐火材料行业存在的问题

  我国耐火材料行业虽然取得了很大进步,但是按实践科学发展观的理念,目前状况与国民经济各行业的发展还有很多不适应的地方,在原料资源、产品结构、技术装备、消耗水平、节能减排、环境保护和行业集中度等方面还存在一些问题,个别产品与发达国家相比还有一定差距。

  7.我国耐火材料的发展趋势

  高温工业在我国国民经济中仍将占有重要地位。国家制定的十大产业振兴规划、低碳发展规划和节能环保政策对高温工业发展影响深远,意义重大。控制总量、淘汰落后产能、产业结构调整、技术优化升级和产业整合是今后高温工业发展的方向。

  节能环:脱?肪?靡殉晌?夜?呶鹿ひ捣⒄沟幕?局傅妓枷。高温工业的发展方式和方向的转变将会对耐火材料工业的发展产生重大影响,这将极大地促进今后耐火材料行业的平稳持续发展和新技术新工艺新材料的开发和应用,这是耐火材料行业一次加速科技创新、调整产品结构难得的发展机遇。

  科技创新和发展低碳经济将进一步推进耐火材料行业技术创新、产品结构调整和兼并重组,绿色、功能、长寿等先进耐火材料发展空间和市场空间增大。

  发展高效节能耐火材料、高效功能化耐火材料、耐火材料综合优化配置技术的系统集成和工程化技术;加大耐火材料资源的高效利用及低品位资源、用后耐火材料综合利用以及环保生态型耐火材料的应用;不断提高耐火材料的应用技术,充分发挥耐火材料的功能,实现消耗和排放的减量化。

  耐火材料消耗将会逐年递减,市场总需求将会维持在一定水平,市场竞争将会更加激烈。要适应减量化发展趋势,耐材企业必须淘汰落后、调整产品结构,加大技术优化升级,提高服务水平以增强核心竞争力,同时也将会加大市场整合力度,提高产业集中度,增强国际竞争力。

  主要高温行业耐火材料的需求

  钢铁行业。钢铁行业今后发展:将继续以“控制总量、淘汰落后、兼并重组、技术改造、优化布局”为核心,控制新增产能,淘汰落后产能,加强技术改造、发展新材料,规范铁矿石贸易秩序,加快国内企业“走出去”的步伐。2015年,建筑用钢占比将回落至50%左右,制造用钢比例回升;板材比例将达到55%左右,关键钢材品种自给率可上升至95%左右;产能总量过剩的情况仍将延续,目前落后产能的一半将被淘汰。未来几年,耐火材料行业虽然会受钢铁产量的拉动而存在一定的发展空间,但在钢铁生产中使用数量将会继续下降,预计到2015年,耐火材料的消耗量将降至15kg/t钢左右。

  建材行业。根据过去几年我国建材行业对于耐火材料的需求量及耐火材料本身的发展,可以预测未来几年建材行业对于耐火材料需求量增长的速度将减缓,但是需求量会依然保持着上升的趋势。
化工行业。未来几年,化工行业将保持高于7%的增长,行业将呈现出不同的发展特点。据世界耐火材料的应用行业统计,化工行业使用耐火材料的比例为4%,我国略高于此水平。未来几年化工行业耐火材料的总需求量将增加。大型炼油装置进行扩能和流程优化改造,将为耐火材料行业带来一定的发展空间。

  有色行业。到2015年,有色金属工业产业结构将进一步优化,发展质量和效益明显提高,技术创新能力显著增强,主要技术经济指标达到世界领先水平,总体实力跃升至世界前列。总体来说,有色金属冶炼行业对于耐火材料的需求占到了国内耐火材料总需求的3-5%左右。未来几年,高技术含量、高附加值的耐火材料制品需求量将提高,耐火材料制品总体需求量将继续维持5%左右,增长幅度不会太大。同时,随着有色金属冶炼技术进步及耐火材料行业本身技术进步,吨产品冶炼需要的耐火材料量也将呈下降趋势。

  海外市场。目前,国际耐火材料制品市场竞争日趋激烈,甚至发展到低价无序的不正当竞争,出口耐火材料产品价格不断下降。据统计,近年来普通耐火材料产品的国际市场价格普遍下降了10%以上,而有些品种的降幅则达到20%至30%,同时受人民币升值的压力,国产耐火材料产品出口难度增大。由于存在国产耐火材料产品还没有被国标市场充分认识、及部分高端产品不能满足国外企业生产技术工艺的问题,预计未来几年,这种趋势将在一定时间内维持。

  未来几年我国耐火材料总体需求情况。随着国际、国内宏观经济形势向好,我国高温工业在未来几年将迎来新一轮的发展机遇,这给耐火材料行业带来了发展机遇和市场空间。可以预测:耐火材料市场数量发展空间有限,品种结构调整空间巨大,服务方式将会发生转换,产业布局将会发生调整。耐火材料总的需求量不会有太大增加,但高性能耐火材料会有一定增加,其中功能型、节能型、环境友好型等先进耐火材料的市场空间会进一步扩大,普通型产品的需求会逐渐降低。

  发展指导思想基本原则和主要目标

  指导思想。以科学发展为主题,以自主创新为主线,以满足我国高温工业的发展需要和国际市场的需求为重点,促进产业结构调整,建立新的可持续发展模式。

  基本原则。立足国内资源,积极开拓海外资源,提高原料加工装备水平,优化加工工艺,合理利用中低品位原料资源,发展具有我国特色的高档合成耐火原料,形成适合我国耐火材料行业发展、高稳定性的系列耐火原料。

  主要目标。2015年,实现普通产品大幅度下降,功能型、节能型、环境友好型等先进耐火材料产品的比例有大幅度提高,满足高温工业及新兴产业发展对先进耐火材料产品的需求。提高产品技术含量,延长产品使用寿命,降低耐火材料消耗,2015年吨钢耐火材料消耗降至15公斤左右。重点钢厂吨钢消耗接近国际先进水平。提高产业集中度,优化产业结构,淘汰落后生产能力,支持具有比较优势的大型企业兼并重组,培育产业集群。到2015年,企业数量大幅减少,进一步改善现有“小、多、散”的状况,培育出2-3家销售收入达50-100亿,20-30家销售收入达10-50亿,具有较强竞争力和影响力的耐火材料企业。

  发展重点

  未来几年,我国耐火材料行业的发展重点是突破行业共性及关键技术,开发新型耐火材料,引领行业发展方向。积极开拓特种功能耐火材料、非氧化物复合材料、节能耐火材料、环境友好型耐火材料、特种陶瓷等先进耐火材料领域;以我国发展战略性新兴产业、低碳经济以及高温工业推进先进技术为契机,加快我国耐火材料行业产业结构调整和产业优化升级;合理规划,采用先进的开采和加工技术,推进以菱镁矿、高铝矾土等为主的耐火原料资源的综合利用开发;全面推进行业节能减排和清洁生产;致力于行业标准体系建设,引导产业健康发展。

  重点发展领域

  钢铁工业新技术、新工艺和重大装备用关键耐火材料的开发与应用。钢铁工业技术进步和结构调整进程的加快,在钢铁设备大型化,直接还原、熔融还原等非焦炼铁,高效连铸、薄板坯连铸等方面,对耐火材料行业提出了新的要求和课题。为适应钢铁工业的发展需求,钢铁工业用耐火材料要以发展高性能、长寿命、功能性耐火材料和耐火材料高效应用技术为主。重点研究开发大型高炉用长寿命耐火材料、洁净钢冶炼用高效耐火材料、新一代高效连铸用功能耐火材料的集成、非焦炼铁技术关键耐火材料等技术和应用。

  建材、有色和化工等工业关键设备和关键部位用耐火材料研究与应用。建材、有色和化工等工业是我国国民经济的重要组成部分,当前我国自产应用于这些工业关键设备和关键部位的部分耐火材料与国际同类产品相比,产品质量和使用性能还具有一定的差距,在一定程度上影响了这些工业的发展。重点研究开发绿色碱性耐火材料、高级氧化物及熔铸耐火材料、无铬或低铬耐火材料、新型非氧化物复合材料、高性能窑具、垃圾焚烧炉和熔灰炉用关键耐火材料、铸造用高性能多孔陶瓷过滤材料等技术和应用。

  低碳节能领域高效高温隔热和不定形耐火材料开发与应用。提高窑炉热效率、降低能耗是高温工业实现节能减排的重点发展方向。研究开发高效高温隔热耐火材料,以及与高效节能的燃烧技术相配套,可大大降低工业窑炉的能耗,对整个高温工业节能减排具有举足轻重的意义。不定形耐火材料占有重要的地位,也是未来耐火材料发展的方向之一,其生产和施工工艺简单,可机械化施工、节能环保,在高温工业中得到广泛应用。要大力开发、推广使用各种优质高效不定形耐火材料,力争到2015年我国不定形耐火材料占比达到50%左右。重点研究开发轻质耐火材料微孔高强化产业化技术、超级纳米绝热材料产业化制备技术、高性能晶体纤维和制品先进制造技术、高性能轻质耐火骨料生产技术、系列不定形隔热耐火材料、多功能不定形耐火材料、大型和异型预制件制备技术、定型耐火材料不定形化、火焰喷涂和湿式喷射技术等。

  耐火材料资源综合利用技术的开发和应用。我国耐火材料原料资源的利用率偏低,每年新产生的废弃粉矿、低品位矿石超千万吨,数量巨大,耐火材料原料资源的开源节流势在必行。合理利用粉矿、低品位矿石、节约有限资源是耐火材料行业可持续发展的紧迫任务。

  耐火材料使用后会产生大量的废弃耐火材料,对废弃耐火材料的处理及资源化对环境保护、清洁生产和实现行业可持续发展意义重大。重点研究开发应用低品位菱镁矿和矾土矿资源利用工业技术、耐火矿物尾矿综合利用关键技术、优质合成耐火原料、“三石”(红柱石、硅线石、蓝晶石)原料综合高效利用、用后耐火材料的回收与资源化和再利用集成技术等。

  耐火材料行业标准的制定与推广。我国耐火材料现有的标准体系,对促进耐火材料行业的发展起到了重要的技术支撑作用。随着行业技术进步,我国耐火材料行业标准在知识产权保护、行业发展引导、资源共享、企业参与、标准执行、国际接轨等方面,与我国实际的耐火材料生产规模不相称,耐火材料的标准体系需要进一步完善,使之更加科学合理。在行业准入标准、“节能、环境友好”等新型耐火材料产品标准及能耗标准的制定方面,应紧跟国际标准的技术发展,充分吸收国际上耐火材料的先进成果,全面推进以具有我国自主知识产权为主的标准体系建设。重点研究耐火材料行业准入标准(包括能耗、环保、规模、品种等)的制定、耐火材料行业新型检测方法及标准的制定与推广、中国耐火材料行业标准的国际化等。

  刚玉碳化硅在耐火材料中的应用

  改革开放初期,高温工业技术装备落后,耐火材料品种单一,普通耐火材料比例大,用刚玉、碳化硅原料很少,刚玉不足10%,a碳化硅不足5%。技术装备引进、消化,提升了高温工业的技术水平。高温工业技术工艺装备改进及提升,对耐火材料质量品质提出了苛刻要求。刚玉、碳化硅原料耐侵蚀、耐渣蚀、耐磨性好,其用量随着高温工业技术进步需要,随着特种耐火材料、不定形耐火材料的品种增多,用量在逐步增加。如:钢铁工业的高炉、出铁沟、混铁炉、钢包、连铸、电炉顶等不定形材料。如:水泥工业窑衬用不定形材料、硅莫砖等。如:有色工业冶炼炉用氮化硅结合的碳化硅砖等。刚玉、碳化硅等原料促进了耐火材料品种结构的调整。

  市场需要,但发展受限。棕刚玉市场需求刚劲,但其原材料供给受到极大限制。长期的过度开采,高铝耐火粘土所剩无几,若不加控制,耐火材料、棕刚玉所需的矾土资源,将会很快枯竭。2010年以来,电价等生产要素成本提高,使棕刚玉、碳化硅冶炼企业遇到了前所未有的困难。目前河南开工率仅有25%,一些企业被逼迁到电价较低的地区。其成本高、价格高,这一情形已影响到产业链的下游发展。
  
  今后发展建议淘汰落后升级装备。耐火材料品质性能要求稳定,需要倾倒炉,因此,要按照国家有关政策,淘汰3000千伏安以下普通棕刚玉冶炼炉和4000千伏安以下的固定式棕刚玉冶炼炉。严控产能扩张,不再重复建设。压缩产能规模,减产增效。高铝耐火粘土已是紧缺资源,要有计划,保障耐火材料、棕刚玉使用。

  高温工业的发展离不开耐火材料,耐火材料工业的发展离不开刚玉碳化硅等耐火原料!