高温工业的技术灵魂

文/本刊记者 张 瑞

高温工业的技术灵魂

文/本刊记者 张 瑞

提高企业自主创新能力和核心竞争力需要什么？

在当今科技革命迅猛发展，不断引发新的创新浪潮，科技成果转化和产业技术更新换代的周期越来越短的时代，又如何提高企业的自主创新能力？

国内外众多基业长青的企业案例表明，建立基础性研发平台是企业乃至行业保持持续竞争力的“法宝”。

依托中钢集团洛阳耐火研究设立的“先进耐火材料国家重点实验室”不但是耐火材料领域内首个获准建设的国家重点实验室，它的建设更将为中钢集团洛阳耐火研究和国内整个耐火材料行业技术的提升奠定坚实的基础。

“先进耐火材料国家重点实验室”是耐火材料领域内首个获准建设的国家重点实验室。

技术立身 完美升级

耐火材料是钢铁、有色、建材、石化、能源、环保、电子乃至国防等工业的基础材料，耐火材料技术进步是高温工业发展和采用先进工艺、实现高效、低耗和环境友好不可或缺的技术支撑。

在这一领域，中钢洛耐院当之无愧的是我国耐火材料行业技术、学术、信息服务中心和科技成果的主要辐射中心。

中钢集团洛阳耐火研究院1963年建院，原来隶属于冶金部，是我国耐火行业领域唯一的一所综合性的研究机构，集学术、技术、信息、工程设计和人才培养为一体，作用主要就是扶持耐火材料企业。1999年第一批转制为科技型企业，同时隶属于中钢集团。

建院40多年来，中钢洛耐承担了国省市的各类项目600多项，得奖200多项，授权专利66项，其中包括国家特等奖、国家科技进步奖等。可以说，对我国耐火材料行业的发展，尤其是产品国产化这方面，做出了很大的贡献。

目前，企业是总占地面积29万平方米,总建筑面积约12万平方米，拥有以耐火材料国家工程研究中心和国家高技术产业化特种耐火材料示范工程为主体的产业基地。院本部位于洛阳市涧西区，生产区位于洛新工业园区。

中钢洛耐院现固定资产2.5亿元，近两年年经营规模达7亿多元。院实验室2008年被认定为河南省重点实验室，是行业内规模最大、功能最完善的专业化耐火材料实验室。

现在实验室总建筑面积约5 500平方米，科研实验楼4 000平方米，专用工艺实验间和模拟试验间1500平方米；实验室拥有耐火材料工艺研究、性能测试和应用模拟试验等科研开发专用仪器设备约500台套，总值2000万元以上。

实验室内装备有：扫描电子显微镜、X－射线衍射分析仪等先进进口分析仪器；用于耐火材料高温性能测试设备有：热膨胀测试仪、热导率测试仪、高温熔点测试仪等测试装置；在工艺研究方面，除完善、先进的常规耐火材料工艺研究设备外，还装备有耐火材料新工艺研究的装置和测试仪器，如自蔓延合成炉、气流粉碎机、喷雾造粒机、高温真空烧结炉等。高温模拟试验研究是耐火材料创新研究重要手段，实验室装备有国内最全面、最先进的耐火材料应用模拟研究装置，用来研究耐火材料在不同使用条件下的损毁过程和机理。

中钢洛耐院拥有各类专业技术人员400余人，博士、硕士、教授级高工逾100人，并设有博士后科研工作站。

中钢洛耐院现有复合材料、高级氧化物、冶金功能、不定形耐火材料等十大类18条生产线，年产中高档耐火材料6万余吨，产品品种达200多个，主要应用于钢铁、有色、石化、陶瓷、建材、水泥、玻璃、电力等多个行业，销至美洲、欧洲等全世界40多个国家和地区。

科技部于2009年初启动了第二批依托转制院所和企业建设国家重点实验室的工作。中钢洛耐院凭借在耐火材料领域雄厚的技术实力，一流的科技人才，完善的科研装备等优势条件，在经过初选、专家论证等阶段后，成功进入企业国家重点实验室行列。

国家重点实验室作为国家科技创新体系的重要组成部分，是国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科技人才、开展高水平学术交流、科研装备先进的重要基地。

说起“先进耐火材料国家重点实验室”申报成功后的发展，中钢洛耐院掌门人李红霞认为，此次获准依托中钢洛耐院建设的“先进耐火材料国家重点实验室”将以适应高温工业发展、提高耐火材料在高温工业应用科学性和应用水平、耐火材料工业可持续发展为目标，致力于先进耐火材料制备和应用基础研究，最终将实验室建设成为耐火材料行业从事应用基础研究、共性关键技术研究、聚集和培养优秀科技人才的开放基地，成为辐射先进技术、开展科技交流、推动产学研相结合的开放平台。

对“先进耐火材料国家重点实验室”申报成功的意义，李红霞这位中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司院长、党委书记，第十一届全国人大代表，教授级高级工程师，博士研究生导师，北京科技大学、天津大学、东北大学、武汉科技大学兼职教授，“新世纪百千万人才工程”国家级人选，国际标准化组织耐火材料技术委员会主席，同样激情满怀。

她认为，“先进耐火材料国家重点实验室”的申报成功是对中钢洛耐院在耐火材料领域科技实力和科技竞争力的肯定，实验室建设对于切实增强院自主创新能力和核心竞争力，从而引领我国耐火材料行业发展，带动行业技术水平整体进步具有重要意义。

现在我国高性能的碳化硅制品有80%都来源于河南省，它的上下游也已经形成了一条产业链。

转化技术提升企业竞争力

记者曾经在位于河南省洛阳市西出入口的洛阳耐火材料研究院产业化基地，看到了一种长60厘米、宽20厘米、高15厘米的黑色耐火材料砖。据技术人员介绍，这些看似不起眼的“黑砖头”，一块可换一台彩色电视机。

这种致密氧化铬砖，是耐研院取得自主知识产权且在洛阳就地进行生产的科技成果之一。

而另一个的碳化硅系列产品，获得了2005年国家科技进步二等奖，在国际电解铝行业所占市场份额达到了30%-35%。他们又把这种技术应用到国内的电解铝行业，使电解铝行业的铝电解槽寿命从原来的一年半到两年，提高到了至少四年半。而且使用了这种材料之后，制造一吨电解铝可以节电100度。2009年我国电解铝产量是1000多万吨，等于节能的效果就是10多亿度电。同时，这还带动了整个河南省对于碳化硅系列产品的生产。现在我国高性能的碳化硅制品有80%都来源于河南省，它的上下游也已经形成了一条产业链。

作为我国耐火材料专业领域唯一的大型综合研究机构，近年来，耐研院靠科研立院、产业强院、就地转化，每年将95%以上的科研成果就地转化为生产力。成为国内科技成果就地转化最好的院所之一。

而科技成果是企业发展生生不息的源头，使企业发展的保障。

2009年，河南省特种耐火材料重点实验室共承担省级以上新立项项目9项。其中国家级课题6项（包括国家自然科学基金项目、科研院所技术开发专项等），省级课题3项（包括河南省重大专项等）。

2009年实验室新承担省级以上课题共获得国拨经费623万元，实际到位资金611.8万元。

2009年，实验室以承担的重点课题（863课题、科技支撑计划、科技部院所专项基金课题等）为载体，围绕高效节能耐火材料和功能耐火材料研究方向，建立了相应的专门化研究手段，开展了创新、深入的基础研究，各项目有条不紊的按计划进行，均取得了良好的结果和进展，研究结果在国内同行业中处于领先。

国家863计划“玻璃窑用高性能耐火材料技术”研究了SiO2气凝胶的制备工艺参数（水玻璃浓度，催化剂的种类及其加入量，化学干燥控制剂）对气凝胶结构和性能的影响，利用堆积密度测定、BET吸附等手段对气凝胶的振实密度和比表面积进行了表征，找到了温度对气凝胶粉体密度的影响原因。

科技支撑计划项目“连铸用梯度功能耐火材料的研究开发”依据功能耐火材料在服役过程中的特性即使用寿命几乎完全由局部工作面的损毁程度所决定，突破传统工艺，对产品关键部位材质、结构、性能进行优化设计和配置，更好地适应使用条件，获得综合性能好和使用寿命高的功能耐火材料。通过开发获得的新型浸入式水口和整体塞棒在珠钢和马钢均进行了初步的试验，SEN寿命可达到13h的水平，通过进一步试验可以超过13h的考核要求，即比既定要求提高30%的水平。长水口进行了初步现场试验，寿命已经达到了10h，基本与中包寿命同步，达到了国际先进水平。在山东潍坊和浙江杭州两个钢厂进行3批次滑板的现场试验工作，结果表明试验连滑次数增加，最高达到3次，平均达到2.5次；试验滑板无夹钢现象。

国家重大产业技术开发专项“COREX-C3000炉衬综合节能技术开发”项目中关键耐火材料的研制开发工作内容已全部完成，所研制各种耐火材料已达到预定目标，各种COREX炉用耐火材料的生产工艺已近成熟，具备批量提供产品的能力。与宝钢股份中厚板公司正在实施全面合作，其第二座COREX-C3000熔融还原炼铁炉上非碳质耐火材料将主要采用本项目新开发的关键耐火材料。有关COREX-C3000炉衬损毁机理的研究已在逐步开展，各种高温模拟实验特色装备已建成或接近完成，相关基础试验正在有序进行中；有关节能和长寿技术研究也在进行中。项目可按期高质量完成，可望在耐火材料配置技术和长寿技术方面形成世界最先进的技术成果。

科研院所技术开发专项“微孔结构塞隆结合刚玉材料的研制”所研制的微孔结构塞隆结合刚玉材料已完全达到了预定目标。该材料在大生产线上通过了生产实验验证，产品的生产工艺得到了优化，并与国外同类产品进行了全面的应用性能对比实验研究，所研制产品整体性能优于国外产品。目前已有部分产品出口印度，正在为宝钢第二座COREX-C3000熔融气化炉生产部分微孔结构塞隆结合刚玉关键耐火材料。

承担的河南省重大科技专项“优质钢精炼钢包用耐火材料技术研究及产业化”目前已成功研制生产出批量的高档预制块添加剂、无碳钢包渣线及包身材料，产品已在国内某知名钢厂进行砌筑使用，项目产业化部分已完成了工艺施工图设计，相关配套专业（土建、电气等）正在进行配套专业图纸设计。下一步将进行研制产品的扩大使用及现场使用情况跟踪记录分析。

河南省扶持企业自主创新资金项目“新一代铝电解槽用高效耐火材料研发及产业化”目前完成了新型铝电解槽用导热率高、抗电解质侵蚀优异的新型高效SiC材料的实验研究，并在生产线上进行了生产实验，生产工艺已完全成熟，具备了批量供应产品的能力，每年可提供这种高效材料近5000吨。该新型材料SiC含量高，并可在93%-96%进行调整，对比实验研究表明，其导热率比氮化硅结合SiC高约15%-30%，抗冰晶石电解质侵蚀能力提高50%-100%。目前已有少量产品在欧洲某铝业分公司试用，现正在为欧洲另一铝业公司生产十几吨产品。世界上尚未同种材料在铝电解槽上使用的报道，为国内外首创，市场前景广阔。

2009年，承担的研发项目中共有4个项目通过省市组织的专家组验收，2项目通过了省科技厅组织的鉴定。其中，承担的洛阳市科技发展计划项目“高热震稳定性氧化锆隔热材料研制及产业化”项目鉴定结果为技术水平达到国际领先。

2009年获得各种奖励4项，其中，“大型铝熔炼炉用不定形耐火材料研制与应用”获河南省科学技术进步一等奖，“金属结合铝镁碳系列滑板的研制开发”获冶金科学技术进步三等奖。

2009年组织申报专利34项，其中发明专利24项；获得授权专利14项，其中发明专利2项，实用新型专利11项，外观设计1项。主编专著《高炉衬蚀损显微剖析》1部，已发表论文60篇。

实验室这一列重大科技成果，为企业的发展奠定了坚实的基础。

培养人才为行业作出更大贡献

人才是实验室发展的基础，为了培养人才实验室不遗余力。

在制度上实验室制定了较完善的人才培养和激励机制。2009年有11人获得依托单位授予的“拔尖人才”称号。2009年，李红霞主任荣获“河南省自主创新十大杰出青年”荣誉称号，学术带头人王文武入选“新世纪百千万人才国家级人选”。

依托特种耐火材料重点实验室的5个专业研究室，建设的5支从事相关领域研究的创新团队，进行关键技术和共性技术的研究，为相关领域的发展提供技术支撑。具体为“功能耐火材料创新团队”、“不定形耐火材料创新团队”、“计算机应用技术团队”、“高效节能耐火材料创新团队”和“耐火材料性能和服役寿命评价创新团队”。通过承担课题研究工作锻炼了队伍，培养了人才。

2009年，实验室新招收硕士研究生5名，联合培养博士研究生8名。目前在读硕士研究生19名，博士研究生8名，在站博士后1名。

为了更深入研究，2009年，实验室共组织学术交流活动6次，其中，与澳大利亚Hismelt熔融还原炼铁公司就HIsmelt熔融还原炼铁工艺用耐火材料的选型和制造工艺进行了技术交流，

于2009年3月在登封主办了“耐火原料学术交流会”，于2009年9月在洛阳举办“2009全国不定形耐火材料学术会议”，通过这些会议反映出了我国不定形耐火材料在研发、生产应用、施工技术和装备以及再生利用等各个方面取得的进步和成绩，为科研奠定下一步研究基础。

2009年实验室人员共参加国内外学术会议14次，参加人数达100余人次，取得了良好的效果。

目前，实验室以高效节能和特种耐火材料为研究方向，解决指导高效节能耐火材料设计、制造和应用技术基础理论。主要集中在5个研究方向：耐火材料高温损毁过程基础研究；耐火材料结构设计优化、配置优化研究；耐火材料性能优化和功能化基础研究；特种不定形耐火材料设计基础理论研究和应用技术研究；高性能高温隔热耐火材料基础研究。

这一连串的举措，使得实验室研发能力大大增强。

2009年实验室开发出的高效节能、具有自主知识产权的耐火材料技术与制品对提高河南耐火材料产业的技术水平和耐火材料制品的附加值，对相关高温行业的节能降耗具有重大经济和社会意义。

目前，实验室成功进行了环保型可降解耐火纤维的研究生产试验，成功试验生产出了环保纤维棉和环保纤维毯，并实现了纤维毯连续生产18小时，试验圆满成功，取得了重大的技术突破，突破国外跨国公司的技术壁垒。

在连铸功能耐火材料的研发过程中获得了5项关键技术，包括高抗侵蚀性梯度浸入式水口渣线材料、高寿命梯度长水口、整体塞棒用高性能梯度棒头材料、高性能梯度透气元件材料和滑板材料，具有独立的自主知识产权。所开发产品的性能均在原有的技术基础上有较大程度的提高。

成功制备出结构和性能优良的灰渣熔融炉用自结合95-SiC材料，材料的各项技术指标达到或高于国外同类产品的指标要求，目前已能够实现工业化生产。研究成果突破了日本品川公司在技术上的严密封锁，为耐火材料的进一步发展和品质的提升提供了一条新的途径，带动本行业的发展和技术进步，为垃圾焚烧-灰渣熔融处理等环保行业的技术进步和发展起到了一定的促进作用。

成功研制出新一代水煤浆气化炉用优质高铬砖，其具有高体积密度、较低显气孔率、较高的高温抗折强度以及较好的热震稳定性，特别是新型高铬砖具有优良的抗煤渣渗透性，达到国际先进水平。新产品在德士古水煤浆气化炉上进行了两次试用，效果较好。该产品投入市场后，可替代现有产品，经济效益可观。

耐火材料是一切高温工业不可或缺的重要基础材料和支撑材料，也是一些特殊领域需求的重要高温材料，不仅维系高温工艺的进行，也是高温工业产品结构调整、新技术、新工艺实施的重要相关技术。

进入新世纪，中国高温工业发展迅猛，已成为世界超级生产大国，如2009年粗钢产量5亿吨，占世界38%，有色金属产量2500多万吨，占世界25%以上。高温工业是能源消耗大户，这一领域的结构调整、增长方式的转变对于促进建设资源节约型、环境友好型社会进而实现国家低碳经济目标意义重大，而发展和采用先进耐火材料是高温工业领域实现这一目标的重要支撑技术。

新时期，新要求，依托中钢集团洛耐院建立的实验室，其科研人员决心弘扬全局意识、团队精神，齐心协力，坚持“发展就是硬道理”的指导思想，将耐火材料事业做强做大，在发展中实现自身的价值。

我们相信，实验室明天会更美好，中国的耐火材料在世界上也将更具有核心竞争力！