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我国耐火材料工业的发展历程、取得的进步和低碳转型新发展
——纪念钟香崇院士诞辰100周年

2021-12-28李庭寿王泽田

耐火材料 2021年5期
关键词:发展

李庭寿 王泽田

1)原国家冶金部(局)科技司(冶金科技发展中心)北京100711

2)原国家冶金部科技司 北京100711

今年是已故著名无机非金属材料专家、我国“耐火材料之父”钟香崇院士诞辰100周年。建国70年来,经过以钟香崇院士为代表的几代人的接续奋斗,我国耐火材料工业取得了巨大的进步,已经发展成为耐火材料第一生产大国,并向耐火材料制造强国转变。期间,钟香崇院士对我国耐火材料工业的全面发展做出了突出贡献。0

作者王泽田先生1934年生,1958年毕业于天津大学硅酸盐专业,分配到冶金部钢铁研究院耐火室工作,后任耐火室副主任。1960年到大石桥镁矿通过回转窑合成二钙砂生产MgO-CaO砖并成功应用于鞍钢平炉后墙。期间,与在此蹲点的钟香崇先生相识,从此开始了与钟香崇先生一生的交往。1983—1993年,在冶金部科技司工作,先后任冶金部科技司综合计划处处长、成果管理处处长,并兼任中国金属学会耐火材料分会副理事长、中国硅酸盐学会耐火材料分会副理事长、《耐火材料》编委会副主任委员等,负责主管冶金部部属科研院所(包括洛阳耐火材料研究所(院)等单位)和耐火材料科技发展、成果鉴定推广等行业管理工作。1991—2000年任钟香崇院士为顾问的国家耐火材料科技攻关专家组组长。

作者李庭寿博士(本文执笔)1983年—1990年师从钟香崇先生,分别于1986年6月和1990年12月获得耐火材料专业工学硕士学位(在洛阳耐火材料研究所)和博士学位(在北京科技大学理化系)。1991年3月到冶金部(局)科技司(冶金科技发展中心)工作。起初为王泽田先生的助手,1993年,王泽田先生到龄退休后接续他的工作,主要负责耐火材料行业科技发展等,先后任副处长、处长,并兼任中国金属学会耐火材料分会副理事长,《耐火材料》杂志和《China’s Refractories》杂志的编委会委员和副主任委员等。2001年3月后在中国钢铁工业协会冶金科技发展中心工作,任副主任。作者在冶金部(局)工作期间,一是对钟香崇先生组建并领导的洛阳耐火材料研究所(院)的工作给与了全方位的重点倾斜支持(包括科研项目、科研经费、工程研究中心、成果鉴定评奖等和情报大楼、学术大楼、住宅的建设等);二是充分发挥钟香崇先生在耐火材料行业的带头人和“顶梁柱”作用,大力倡导“高举钟香崇先生这杆大旗,推动耐火材料行业的发展”,在工作中经常与他一起讨论研究,听取他对行业发展的意见、建议。2000年,钟香崇先生决定到郑州大学工作时,也曾多次与作者沟通、探讨。他在郑州大学创建高温材料研究所期间,作者也参与了部分工作,并被聘为高温材料研究所(河南省重点实验室)首届学术委员会委员(顾问是两院院士邵象华院士,主任委员是钟香崇院士,副主任委员是周国治院士、葛昌纯院士)。

可以说,本文的两位作者是钟香崇先生将毕生精力贡献给耐火材料事业的重要见证人,也是耐火材料工业一个时期发展的重要参与者和组织者。因此,在纪念钟香崇院士诞辰100周年之际,特写此文。一是深切缅怀钟香崇先生和他为我国耐火材料工业的全面发展做出的重大贡献;二是结合我国钢铁工业不同时期的主要发展,回顾总结我国耐火材料工业的主要发展历程和取得的进步;三是介绍进入21世纪后耐火材料工业取得的新成就和低碳转型新发展、新要求。

1 追忆钟香崇先生[1-10]

1.1 艰辛求学,报效祖国

钟香崇先生是广东潮安人,1921年11月21日生于汕头。1937年考取香港大学化学系,1941年获学士学位。1942年到重庆耐火材料厂工作(时任厂长是1937年留德博士郁国城先生),从此将耐火材料作为一生奋斗的事业。1945年考取英国文化委员会奖学金赴英国留学,1946年在英国联合钢铁公司研究所从事耐火材料研究工作,于1947年转为英国利兹大学燃料冶金系研究生,1949年7月获英国利兹大学工学博士学位,然后怀抱一颗爱国之心回国参加新中国的建设[6]。

1.2 组织指导新中国耐火材料工业的建设和发展

耐火材料是高温工业的重要基础材料,耐火材料的发展尤其与钢铁工业的发展密切相关,是钢铁工业的重要组成部分。第一个五年计划(1953—1957年)期间,在苏联援建的156个工业项目中,有鞍钢扩建、本钢扩建和新建武钢、包钢、齐钢等8个钢铁项目,占156个项目总投资的近一半;同时,对石景山钢铁厂(首钢前身)等近20个钢企开始改扩建。1956年后开始推进“三大、五中、十八小”钢企建设。1964年开始以攀钢、酒钢为主的“大三线”钢企建设,以及与中西部地区军工配套的“小三线”钢企建设。1966年,全国粗钢产量达到1 532万t。钢铁工业的大建设大发展,对耐火材料的产量和品种质量都提出了迫切要求[10]。

钟香崇先生于1950—1969年在重工业部、冶金工业部钢铁司(局)焦耐处、技术处任三级高级工程师、处长,负责全国耐火材料行业的科技、生产、建设等工作。在这个艰苦困难、百业待兴的时期,为了满足钢铁工业的工程建设与生产发展需要,钟香崇先生全力忘我地投入到了耐火材料事业。他组织实施了耐火材料的生产恢复、建设、标准制定和技术应用等全方位的工作,还组织并参与了耐火材料行业科技发展规划的编写、相关技术的研发和推广应用、耐火材料生产检验测试标准的制定等,使我国耐火材料从几乎一穷二白的落后状态逐步发展成为了一个具有一定规模和技术水平的工业行业,初步满足了当时钢铁工业的生产恢复、建设和发展,有的耐火材料品质和使用效果达到了当时国际领先水平。钟香崇先生为此发挥了重要的组织、指导、协调、推动作用,做出了突出贡献[1-7]。

(1)在钟香崇先生的组织领导协调下,冶金工业部有规划、有重点地在全国组织了旧厂改造和恢复生产(包括鞍钢耐火厂、唐钢耐火厂、太钢耐火厂等);根据我国耐火资源分布特点,改建和新建了一批耐火厂(包括山东耐火厂、洛阳耐火厂、德阳耐火厂、贵阳耐火厂、西北耐火厂、首钢耐火厂、武钢耐火厂、包钢耐火厂等),使我国的耐火材料生产能力得到提高,产业布局得到改善。通过采用高压压砖机、隧道窑、回转窑等设施,提高了装备水平;通过采用除尘、安全等设施和技术,初步改善了劳动生产条件。制定颁布了整套耐火材料技术标准,品种有了较大增多,质量有了较大提高。先后研究开发生产了高铝砖、镁铝砖、焦炉硅砖、碳砖、碳化硅砖、电熔莫来石砖、耐火混凝土和不烧砖等,取得了很好的使用效果。耐火材料逐步发展成为一个独立的产业,进入了国民经济建设与发展的序列。以洛阳耐火厂为代表的国有耐火企业在计划经济和向市场经济发展的不同时期,都发挥了勇于担当、行业引领的关键作用,做出了历史性的重要贡献。

(2)《1956—1967年全国科学技术发展远景规划》(即“十二年科技规划”)是新中国科技发展史的里程碑。钟香崇先生作为全国600余名专家之一,参加了周恩来总理亲自领导的“十二年科技规划”工作。

(3)钟香崇先生组织、指导、参与了重要耐火材料产品的开发与应用工作。这期间,最突出的科技成果就是,根据我国有丰富的菱镁矿和高铝矾土而缺少铬铁矿的资源特点,创造性地研发了有中国资源特色的硅砖、镁铝砖、高铝砖等系列产品,并较快地形成了生产能力,较快地得到推广使用,取得显著的使用效果,有的达到或超过当时的国际先进水平。例如:1)采用吉林江密峰镇的大结晶脉石英(SiO2质量分数>99%)生产出了优质硅砖,在平炉、焦炉应用效果很好,使用寿命成倍增加。该技术为我国首创,打破了当时文献认为脉石英由于结晶大而转变慢、膨胀大易产生裂纹等而不宜制造硅砖的观点。2)研发出了镁铝砖代替国际上传统使用的镁铬砖,用于平炉炉顶(镁铝砖使用过程中形成镁铁尖晶石相),其使用寿命进入了当时世界先进行列:大型平炉炉顶寿命>500炉,中小型平炉炉顶寿命>1 000炉。到1960年代初,全国平炉炉顶都采用了镁铝砖,为平炉强化冶炼、提高效率提供了极其有利的条件,对当时提高钢的产量水平起到了关键作用。3)研发出不同等级高铝砖产品系列,在电炉炉顶、平炉水套、高炉炉衬、钢包内衬、塞头水口、水泥回转窑内衬、高温隧道窑内衬逐步推广使用,都取得了较好的效果。特别是电炉炉顶使用Ⅰ等高铝砖,使用寿命超过当时的世界先进水平,最高达855炉。到1950年代末,全国电炉炉顶都采用了Ⅰ等高铝砖[5-7]。

1953—1966年开展的这些卓有成效的工作,为我国耐火材料的发展开拓了新途径,也是具有我国资源特点的耐火材料品种系列的研发、生产和应用领域不断扩大的重要技术基础。“根据中国资源特点,发展有中国特色的耐火材料品种系列”成为我国耐火材料发展的主要技术方针。

1.3 组建和发展洛阳耐火材料研究所(院)

建立洛阳耐火材料研究所(院)是我国耐火材料科技发展史上的一个里程碑,钟香崇先生作为建所所长,为洛阳耐火材料研究所(院)的建立、发展做出了不可替代的重要贡献。

建国初期,经过多年筹划,冶金部于1963年7月在青岛组织召开的中国金属学会学术大会期间,钟香崇先生撰写提出了建立耐火材料研究所的建所方案稿,经严东生(时任中科院上海硅所副所长)、王应悟(时任北京钢铁研究院耐火室主任)、严行健(时任鞍钢钢研所工程师)、勾复长(时任山东冶金厅耐火原材料公司经理)、郑安忠(时任鞍山焦耐院副总工程师)等专家一起讨论修订,会议最后决定在洛阳建立耐火材料研究所。经国家计委批准立项后,冶金部于1963年12月批准建立洛阳耐火材料研究所,冶金部钢铁司技术处处长钟香崇兼任研究所所长,洛阳耐火厂党委书记赵立达兼任研究所党委书记,原洛阳耐火厂党委副书记张华任研究所党委副书记,原鞍山焦耐院副院长吕林国和原西安冶金建筑学院组织部长秦振岳任研究所副所长[6]。

当时我国耐火材料科技力量主要集中在鞍山焦耐院和北京钢铁研究院等单位。为了建成专业的洛阳耐火材料研究所,通过钟香崇先生的努力,在冶金部统一领导协调下,在鞍山焦耐院、北京钢铁研究院等单位支持下,鞍山焦耐院、北京钢铁研究院、洛阳耐火厂等单位的许多领导和专业骨干调至洛阳耐火材料研究所,其中包括郁国城、郑安忠、李广平、陈肇友等专家;一批大中专学生被分配到洛阳耐火材料研究所。

钟香崇先生1963年兼任所长组建研究所,1969—1973年下放到云南,落实政策后于1973年5月举家离开北京到洛阳,任冶金部洛阳耐火材料研究所革委会副主任、所长。他以惊人的毅力和组织能力,使洛阳耐火材料研究所很快走上了科研轨道。

为了摆脱前苏联落后的钢铁生产技术的影响(例如大平炉、模铸、开坯等落后工艺),冶金部从1960年代中期开始,先后安排太钢、成都无缝钢管厂、长城钢厂、上海梅山冶金公司、酒钢、武钢等企业从西方国家购买炼铁、炼钢、轧钢等设备。其中,1964年太钢引进奥地利50 t转炉2座、瑞典50 t电炉一座、联邦德国8辊及20辊冷轧,建设我国最大的不锈钢生产线。1974年9月开始建设武钢从日本、联邦德国引进的一米七轧机工程(包括板坯连铸、热轧带钢、冷轧薄板和硅钢四部分)。由于受文革的干扰,直到1978年以后相关项目才陆续恢复正常生产。到1978年,我国钢产量达到3 178万t,有高炉982座、平炉98座、转炉276座(其中氧气顶吹转炉119座)[10]。钢铁工业有了一定的发展,但是耐火材料由于受十年文革的影响,明显跟不上钢铁工业发展的步伐。

1973—1980年,根据冶金部的安排,钟香崇先生结合钢铁工业生产、建设与技术发展需求,重点组织了首钢转炉炉龄攻关、上钢一厂连铸用耐火材料攻关和各种耐火纤维的开发应用,取得显著成效。1978年3月,钟香崇先生出席了全国科技大会并获奖,获奖成果涉及转炉、连铸水口、空心球砖、耐火纤维等。

1980年代,在钟香崇先生的领导、组织和参与下,洛阳耐火材料研究所先后研发出烧成油浸镁白云石砖、熔融石英浸入式水口、大型钢包用高铝砖、捣打料、浇注料、致密电熔刚玉砖、低硅刚玉砖、连熔连吹法硅酸铝纤维、胶体法氧化铝纤维,以及绝热板、空心球和不定形等节能产品。其中,研制的烧成油浸镁白云石砖在首钢氧气转炉使用,炉龄大幅提高到1 900炉。钟香崇先生还组织实施了冶金部下达的国家经委节能技术项目中的耐火材料课题(“六五”项目)和国家计委复吹转炉炼钢技术项目中的转炉炉衬研究课题(“七五”项目),研发出系列纤维和制品,并在高温窑炉和军工领域应用取得明显成效;研发出不同牌号镁碳砖,在鞍钢三炼钢厂大型转炉使用炉龄超千炉[6-7]。

钟香崇先生于1984年10月退至二线后任技术顾问兼任总工程师、学术委员会主任、学位委员会主任等。洛阳耐火材料研究所(院)(1988年6月6日经冶金部批准改所为院)是享誉国内外的耐火材料大型专业综合研发机构,在不同的时期都取得了很多科技成果并转化为现实生产力,还培养了一大批人才,是我国耐火材料行业科技的主力,为我国耐火材料工业和钢铁等高温工业的发展做出了重要贡献。

1.4 开展学术交流,培养人才,壮大耐火材料专业高等教育,推动行业技术进步

建国后,钟香崇先生就被选为中国金属学会和中国硅酸盐学会的常务理事。1979—1980年中国金属学会、中国硅酸盐学会恢复活动后,他继续当选为常务理事并兼任两个学会下的耐火材料分会的理事长。在钟香崇先生的组织领导和参与下,中国金属学会耐火材料分会和中国硅酸盐学会耐火材料分会于1979年5月组织召开了首届全国耐火材料学术年会。此后都定期组织召开了全国性综合年会或专业学术交流会议,编辑出版会议文集,他每次会议都撰写并宣讲学术报告。同时,他亲自带队或组织相关单位参加国际学术交流,学习借鉴国外先进技术,展示我国耐火材料技术发展成果,开展国际合作。1989年,钟香崇先生组织在我国成功召开了首次国际耐火材料学术会议(杭州),他作为大会主席发表主旨演讲。此后,每四年召开一次,延续至今。他创办《耐火材料》,支持创办《China’s Refractories》杂志,这两本杂志已经成为国际上每年发表耐火材料专业论文最多的专业刊物。这些工作,极大地推动了行业的学术交流和科技进步。由于钟香崇先生的杰出贡献,1991年他当选中国科学院学部委员(1993年改称为院士),1993被国际耐火材料科技界权威性学术组织“联合国际耐火材料学术会议(Unified International Technical Conference on Refractories,UNITECR)”授予杰出终身会员的荣誉称号。在2011年10月25日召开的中国金属学会第九次全国会员代表大会上,钟香崇院士与著名的科学家师昌绪、李恒德、肖纪美、柯俊、颜鸣皋等六人荣获首批“冶金科技终身成就奖”。

钟香崇先生着眼行业长远发展,也特别重视年轻人的培养。一开始,洛阳耐火材料研究所就形成了老中青结合传帮带的课(专)题组的科研组织方式,传承培养青年科技人员。改革开放后,洛阳耐火材料研究所率先在国内开展了研究生培养工作,钟香崇、郁国城、郑安忠、李广平、陈肇友等5位专家成为全国耐火材料专业首批硕士研究生导师。1981年招收了第一批硕士研究生(研究生专业课在武汉科技大学学习),1984年1月洛阳耐火材料研究所被批准为无机非金属材料硕士学位授予单位。作为北京科技大学兼职教授,1984年钟香崇教授和郁国城教授(1985年去世,没有招生)被批准为博士生导师,在北京科技大学招收博士研究生,率先在我国开展了耐火材料专业博士研究生的培养工作。钟香崇先生为我国耐火材料行业培养了一大批高学历的高级人才,他们后来都成长为行业和高校的知名专家、教授、博导。

钟香崇先生作为武汉科技大学、西安建筑科技大学的兼职教授,帮助推动了两个高校的研究生培养工作和耐火材料专业的发展提高。武汉科技大学已经发展成为享誉国内外的耐火材料专业人才培养、科技研发的主要基地。北京科技大学通过钟香崇先生以及他的团队的努力,从培养耐火材料专业博士生开始,创建并发展了无机非金属材料(耐火材料)专业;2000年后,钟香崇先生又创建发展了郑州大学无机非金属材料(耐火材料)专业。在钟香崇先生的推动和贡献下,我国耐火材料领域的高等教育得到了发展壮大,规模与水平在国际上举足轻重。

钟香崇先生领导下的中国金属学会耐火材料分会和中国硅酸盐学会耐火材料分会,于1987年9月在鞍山组织举办了首届全国耐火材料青年科技人员学术报告会,为青年科技工作者的学术交流和人才成长搭建了平台。钟香崇先生和分会副理事长严行健、陆家铨、王泽田、李楠、汪厚植等著名专家教授亲自参加,对报告进行点评、指导并评选优秀论文。此后两年一届,至今已经召开了17届,成为青年科技工作者(包括在读或刚刚毕业的研究生)踊跃参加的盛会,一批批青年科技工作者脱颖而出,许多已经成长为行业的技术骨干、专家和领军人才。

1.5 耄耋之年创建郑州大学高温材料研究所

在国家科技体制改革、洛阳耐火材料研究院转制为科技型企业后的2000年,80岁高龄的钟香崇院士依然初心不变,想着耐火材料科技事业的发展和人才的培养,于2000年5月举家来到郑州大学,全身心投入到了郑州大学高温材料研究所的创建和发展中。他卖掉一套房子捐出100万元,设立郑州大学钟香崇研究生奖学金;在病榻上,依然指导所里和研究生工作、论文撰写,直至2015年2月11日溘然长逝,他把毕生都献给了耐火材料事业。郑州大学高温材料研究所建立以来,培养了100余名硕士、博士研究生,发表了300多篇论文,专利授权70多项,取得了许多重要科技成果[8-9],并转化为生产力,被河南省批准为高温材料重点实验室,已经成为我国耐火材料领域高等教育和技术研发的一个知名的重要平台。这是钟香崇先生在他人生最后一个阶段创造的又一个奇迹。

1.6 指导研究生开展了一系列创新研究

钟香崇先生指导研究生系统地开展了一系列材料的组成、结构和性能(力学性能、热学性能、抗侵蚀性能、抗氧化性能等)研究,许多是开创性的工作,具有重要的理论和应用价值。例如:1)矾土基系列材料(包括MgO、CaO、TiO2、ZrO2等不同添加物);2)刚玉-莫来石系氧化物复合材料(包括氧化锆、氧化钛等添加物);3)氧化物与非氧化物复合材料(刚玉/莫来石/氧化锆-石墨、碳化硅、氮化硼等);4)合成矾土基高性能新材料(包括电熔合成尖晶石、矾土基β-SiAlON、MgAlON等)以及对耐火材料性能的影响;5)新型不定形和隔热节能材料;6)洁净钢冶炼用系列材料;7)高温功能材料和智能制造技术等[4,8-9]。

1.7 初心始终不变,为耐火材料事业奋斗终生

钟香崇先生1953年就加入了中国共产党,是一名优秀的共产党员。他把一生都奉献给了耐火材料事业。激励他矢志不渝的动力就是钟香崇先生曾说的爱国之心、爱耐火材料事业之心和对社会主义充满自信之心的“三心”,初心始终不变。他所发挥的他人不可替代的关键作用贯穿于我国耐火材料工业从弱小到壮大而逐渐变强的整个发展过程。在耐火材料的产业布局建设、生产技术发展、人才培养、学术交流、科研院所、高等教育、重大科技攻关等诸多方面,都有钟香崇先生的杰出贡献。两院院士著名材料科学专家严东生先生为《钟香崇耐火材料论文选》作序中指出[4]:“大家都会公认,在冶金耐火材料这个领域,钟香崇是贡献最多的一个”。称钟香崇先生为中国的“耐火材料之父”一点也不过,他所获诸多殊荣当之无愧。

1.8 钟香崇先生获得的部分荣誉

(1)1978年参加全国科技大会,获全国科技大会奖。

(2)1981年和1984年分别批准为硕士和博士研究生导师。

(3)1991年评为中科院学部委员(1993年改称为院士)。

(4)1993年被国际耐火材料科技学术界权威性组织(联合国际耐火材料学术会议)授予杰出终身会员的荣誉称号。

(5)1998年获首届河南省科技功臣称号。

(6)1999年当选为美国硅酸盐学会荣誉会士。

(7)2000年获何梁何利基金科学与技术进步奖。

(8)2011年获首批“冶金科技终身成就奖”称号。

2 “八五”“九五”期间耐火材料的发展[11-18]

2.1 钢铁工业的新发展给耐火材料提出了新的更高要求

改革开放后,国家转向以经济建设为中心,经济建设开始步入快速发展轨道。“国门大开了,眼界也放宽了”。对比发现,我国钢铁工业的技术装备水平和品种质量明显落后于日本和西方发达国家。1980年全国粗钢产量达到3 700万t,但是在产品数量、品种、质量三个方面满足不了国民经济发展的需要。冶金部加快了引进国外先进技术与装备的步伐和改造力度,发展复吹转炉、连铸、连轧等技术。“六五”“七五”期间,新建了首钢210 t转炉、太钢50 t转炉、重钢50 t转炉、大冶钢厂50 t电炉、沙钢70 t电炉等项目。引进或通过引进消化吸收国产化自主改造建设了一批LF、VD、DH、RH、VOD、AOD等炉外精炼装备和共计约77台连铸机。1978年12月动工建设全面引进日本、德国和美国先进技术与设备的宝钢一期工程,1985年9月建成投产,有4 063 m3高炉一座,300 t氧气转炉3座。1984年10月开始建设宝钢二期工程1991年建成投产,新建了一座4 063 m3高炉和两套从日本引进的1 900 mm板坯连铸机。天津无缝钢管公司从德国、意大利和美国成套引进了150 t UHP电炉、LF精炼炉、VD真空炉和四流圆坯连铸机等主体设备于1989年6月开始建设,1992年12月份投产。宝钢一期二期和天津无缝钢管等工程的建成投产,标志着我国具有了1980年代末世界一流水平的大型现代化的钢铁联合企业和电炉短流程钢厂。1992年全国粗钢产量8 094万t,转炉钢占比61.3%(顶底复吹转炉钢占比8.8%),电炉钢占比21.7%,连铸占比30%。

引进建设的先进钢铁厂,连同主体设备一起也配套引进了关键耐火材料。这期间,冶金部也为宝钢等工程配套引进或改造建设了一些重要的耐火材料生产线。如辽镁公司5万t高纯镁砂生产线、热风炉用耐材生产线、转炉用烧成油浸镁白云石砖生产线、钢包用滑板生产线、连铸用水口生产线等。但是配套购买的国外耐火材料用完后,使用国产耐火材料,无论是品种还是质量,都远远满足不了钢铁生产需要。例如,从日本引进建设投产后的青岛耐火厂的连铸三大件生产线,浸入式水口只能满足连铸连浇平均3.88炉,但是宝钢投产后生产要求6~8炉,宝钢不得不高价进口;宝钢投产初期,转炉炉衬设计采用烧成油浸镁白云石砖,后来改用镁碳砖,全靠日本进口,一套炉衬花外汇80多万美元,且炉龄平均才800炉左右。由于国内耐火材料满足不了这些先进钢铁企业的生产要求,在当时国家外汇十分紧张的情况下,不得不花费大量外汇“买砖”。仅宝钢投产初期,每天就需要花费10余万美元购买进口耐火材料。暴露出了国内耐火材料与国外先进水平有相当大的差距,严重拖了钢铁工业生产发展的“后腿”。这充分凸显了耐火材料的重要性,表明钢铁工业的发展离不开耐火材料。耐火材料的问题不仅耐火材料行业的从业人员深感着急,也引起了高层决策层领导(冶金部领导甚至国家领导人)的重视。这是耐火材料能够在国家“八五”科技计划中单独立项的一个重要因素[14]。

1996年我国粗钢产量首次超亿吨,达到1.01亿t,首次超世界钢产量的50%,成为世界产钢第一大国。冶金部在“八五”期间,大力推动炼铁高炉长寿化和炼钢、连铸、精炼“三位一体”向全连铸、高效连铸发展;推广转炉溅渣护炉技术;淘汰落后,冶炼设备向大型化发展。期间又引进新建了一批具有国际先进水平的纯净钢冶炼、板坯、圆坯和薄板坯连铸连轧等板管带生产线。例如,珠江钢厂150 t UHP电炉+150 t LF精炼炉+CSP工艺、包钢高炉+210 t复吹转炉+200 t LF精炼炉+CSP工艺、邯钢高炉+120 t转炉+120 t LF精炼炉+CSP工艺等三条薄板坯连铸连轧生产线;宝钢三期工程引进建设了2座250 t复吹转炉、1座150 t双炉壳直流电炉、1台6流圆坯连铸机、两台1 450 mm双流板坯连铸机等世界先进的技术与装备;武钢引进建设了3 200 m3高炉+250 t转炉+板坯连铸机等现代化的第三炼钢厂。至1990年代末,建设或引进建设投产的UHP电炉超过30座,其中有5座ABB式带底吹系统的DC电炉(2座100 t、2座60 t、1座70 t),底阳极是导电耐火材料。为了提高焦炭质量,也陆续引进建设了例如从日本引进的宝钢4×75 t·h-1、首钢1×65 t·h-1等干熄焦装置。引进的这些国际先进的钢铁制造技术和干熄焦装置等,所需要的许多耐火材料品种是以前我国没有的,全靠进口[16-17]。与钢铁行业一样,建材、轻工等行业也引进建设了技术先进的的大型干法水泥窑、浮法玻璃窑、陶瓷窑、彩色显像管玻璃窑等新型窑炉,所需要的耐火材料,大部分也依靠进口[14,16]。

钢铁等高温工业技术装备的快速发展,给耐火材料提出了更新更高的品种质量要求。耐火材料行业仅靠一个“八五”计划的科技攻关远不能解决主要关键问题,必须通过“九五”计划继续组织引进技术消化吸收国产化的科技攻关,使耐火材料的品种质量迅速跟上钢铁等高温工业的发展步伐,彻底扭转我国耐火材料工业的落后状态。

2.2 “八五”“九五”计划期间共计六个国家级耐火材料重大科技项目[11-18]

耐火材料属无机非金属材料范畴,是钢铁等高温工业的关键基础材料;同时,耐火材料作为一门应用性很强的学科,其本身是随着钢铁等高温工业生产装备和工艺技术的发展而发展的。钢铁、建材、轻工等行业在20世纪的最后10余年期间,通过引进先进技术装备一下子上了一个大台阶,许多还是跨代引进,国内耐火材料行业一下子“很不适应”,许多品种没有,已有的少部分品种与国外的相比质量有明显的差距。因此,必须依靠国家支持,根据钢铁等高温工业发展需求,组织全行业进行科技攻关。通过对引进产品、技术的消化吸收,依据我国有丰富的高铝矾土、菱镁矿、白云石、石英、石墨等耐火资源的特点,开发出具有我国特色的优质系列耐火原料、优质系列产品和自主工艺技术并形成生产能力,替代进口,实现国产化,改变我国是耐火资源大国、但是原料质量档次落后、耐火材料品种质量和生产工艺、装备落后的落后状态,跟上钢铁等高温工业不断发展的步伐并满足需求。

在冶金部(局)领导(如副部长殷瑞钰院士、翁宇庆院士和计划司司长王晓齐教授等)和国家计委、国家经贸委领导(如国家计委科技司马德秀司长和延吉生同志、任志武同志等)的支持下,在钢铁工业快速发展带动推动下,在作者的努力争取和组织下,高举“钟香崇先生这杆大旗”,抓住了20世纪最后两个五年计划的历史机遇,为耐火材料行业争取到了历史上最多的共计六个国家级重大科技项目(包括工业性试验项目、科技攻关项目、工程研究中心、“一条龙”项目等)和最多的经费支持(财政拨款+技改专项贴息贷款)。这些项目分别是:

(1)国家计委国家“八五”重点工业性试验项目—青海卤水镁砂工业性试验项目。主要任务目标是:开发利用青海格尔木盐湖镁资源,解决高档镁碳砖用高纯大结晶镁砂(MgO)原料等。

(2)国家计委国家“八五”重点科技攻关计划—“优质耐火材料生产技术研究”。主要任务目标是:解决长期制约耐火材料品质的“原料不精、工艺装备落后”的两大薄弱环节,研发出钢铁、建材、轻工等高温工业急需的关键耐火材料品种,并形成生产能力,实现国产化,节约外汇等。

(3)国家经贸委“炉外精炼技术专用耐火材料”“八五”重大引进技术消化吸收“一条龙”子项目。主要任务目标是:依托炉外精炼技术与装备的引进消化吸收国产化,研发出LF、VD、RH、VOD、AOD等炉外精炼装备用关键耐火材料并形成生产能力,实现国产化,节约外汇等。

(4)国家计委“耐火材料国家工程研究中心”项目。主要任务是:依托洛阳耐火材料研究院,建设工程化研究、验证的设施,建立技术创新、成果转化的机制,对行业重大科技成果进行系统化集成和工程化研究,促进科技成果转化和技术进步。

(5)国家计委国家“九五”重点科技攻关计划—“特种耐火材料制品开发”。主要任务目标是:结合我国耐火资源特点,研发出具有我国特色的优质耐火材料新品种、新工艺以及关键技术、关键设备,形成生产能力,并进行应用和推广,实现钢铁、建材、轻工等高温工业用耐火材料的国产化,促进品种结构和工艺装备优化发展,使我国耐火材料工业的整体水平从攻关前的20世纪80年代初中期水平,提高到20世纪90年代后期的国际先进水平,许多方面争取达到21世纪初国际领先水平。

(6)国家经贸委“干熄焦用耐火材料”、“九五”重大引进技术消化吸收“一条龙”子项目。主要任务目标是:以武钢7#、8#焦炉140 t·h-1干熄焦装置,马钢5#、6#焦炉125 t·h-1干熄焦装置建设工程为示范工程,开发出成套系列耐火材料,实现国产化,形成自主生产工艺技术,在武钢、马钢、宝钢、通钢、莱钢、攀钢等10余家的国产化干熄焦建设工程上推广应用。其中,“干熄焦技术(包括专用耐火材料子项)”“一条龙”项目是行业主管部门撤销前争取到的最后一个国家项目。那个时候,机构改革人员分流,“人心惶惶”,实属不易。国家经贸委(2003年撤销)于2000年6月〔2000〕543号文批复(国家冶金工业局国冶发〔2000〕117号文)立项(国家冶金局于2001年撤销)。立项批准后,由中国钢铁工业协会冶金科技发展中心依托组建成立的鞍山华泰干熄焦工程公司组织了项目实施和推广。该项目“九五”末立项,“十五”期间完成,2004年5月份通过验收。

为了解决耐火材料全行业的问题,国家“八五”“九五”两个重点科技攻关项目,打破了部门框框,组织调动全行业的力量,由冶金部牵头主持,联合国家建材局、轻工部(1993年撤部成立中国轻工总会)共同组织实施。成立了以冶金部副部长殷瑞钰院士为顾问的攻关领导小组(三部门主管同志为成员)和以院士钟香崇先生为顾问的攻关专家组。专家组由耐火材料行业知名专家、教授组成(先后有王泽田、严行健、何志均、张宗泰、陈作夫、孙险峰、张用宾、张文杰、王乃荣、周景顺、欧阳琪、李庭寿、许胜西、戴龙大、王守业等),王泽田、严行健教授为专家组组长。以钟香崇院士为首的专家无私奉献,做了大量的工作,为科技攻关项目的出色完成做出了重要贡献。

这些国家科技项目由行业主管部门冶金部(局)组织主持,以解决行业(市场)急需为目标,组织包括高校、科研、生产、用户等全行业的优势力量,采用“产学研用”四位一体的方式,瞄准引进的和国外最先进的产品与技术,根据我国耐火资源特点,实现了国产化并形成独具我国资源特色的生产工艺技术和关键装备,同时在许多重要前沿领域的研究也取得突破。通过这些国家科技项目的实施、带动和成果转化推广应用,我国耐火材料工业的整体水平从二十世纪六七十年代的落后水平提高到了二十世纪九十年代后期的国际先进水平,许多居当时的国际领先水平,实现了跨越式的重大发展,跟上了钢铁等高温工业快速发展的步伐。取得了巨大的经济与社会效益。钢铁、建材、轻工等行业用耐火材料95%以上实现了国产化,结束了进口耐火材料的局面,而且开始向“从买进来到卖出去”的耐火材料强国转变。国外著名的耐火材料集团(公司)从过去高价卖“砖”给我们,开始纷纷到我国投资建立生产和研发基地。这期间,我国耐火材料行业的生产装备与技术、学科建设、人才培养以及科研院所和高校的综合势力等都得到了显著的提高和加强。全行业有上百个单位和数百名科技人员承担了这些科技项目的任务(项目或项目中的课题、专题等),形成了一批专利技术,发表论文、报告和出版著作合计超百篇(本),获得了上百项省部级和国家级科技奖项,培养成长了一大批行业领军的科技人才〔11-17〕。可以说,“八五”“九五”两个五年计划,是我国耐火材料工业发展史上的重要机遇期,从20世纪进入21世纪的承上启下发展的关键转折期,具有里程碑意义。为进入21世纪后我国耐火材料工业的进一步发展提高及满足钢铁等高温行业的不断发展的需要奠定了重要的坚实基础。

冶金部领导对耐火材料在“八五”“九五”计划期间取得的成绩给与了高度的肯定、鼓励和表扬。1995年,在国家“八五”耐火材料科技攻关项目汇报报告上,冶金部副部长殷瑞钰院士批示说:“看了这个材料令人高兴,‘优质耐火材料生产技术研究’立题正确,工作进展有成效,有的已转化为生产力,而且在钢厂的使用过程中效果明显,经济效益也好,很值得肯定。请向从事这方面工作的同志表示祝贺和问候,希望继续努力,为取得进一步的成果和转化为实际生产力多做贡献(另外,希望适当做些宣传报导)”。1996年,冶金部副部长、留美博士翁宇庆(2009年当选工程院院士)欣然为作者等编著的《耐火材料科技进展》一书题写了书名[12]。在2000年召开的全国耐火材料行业协会工作会议上,原冶金部副部长吴溪淳讲话指出:“没有耐火材料行业的发展,就没有今天的1.2亿t钢;没有耐火材料行业的发展,就没有80%的连铸比;没有耐火材料的发展,就没有窑炉长寿”。

3 进入21世纪,耐火材料工业的新进步和低碳转型新发展新要求[19-25]

3.1 钢铁工业向低碳转型发展

进入21世纪后,钢铁工业在发展中调控调整,在调控调整中不断发展壮大。陆续研发和采用了钢铁前沿技术、节能环保技术、人工智能控制技术等。例如,高纯净钢冶炼技术、紧凑型钢铁生产新流程技术、带钢连铸冷轧工艺技术、计算机集成制造系统(CTMS)技术以及“三干、三处理”技术等。技术与装备水平、品种质量、环保水平等都有了新的发展提高。到2010年,2 000~5 000 m3级大型高炉约有110座,120~300 t级大型复吹转炉约有1 250座,70~150 t级大型电炉约有45座,薄板坯连铸连轧机组13套(7套CSP、3套ASP、3套FTSR)。

民营钢企快速发展,全国粗钢产量快速增加。1996年超亿吨后,2003年超2亿t,2008年超4亿t,2010年超6亿t,2012年超7亿t,2015年超8亿t。2015年11月份,国家提出了供给侧结构性改革,落实习近平总书记生态文明思想,通过京津冀(2+26城市)和汾渭平原雾霾治理、节能环保、超低排放、淘汰落后、取缔地条钢、产能置换、退城搬迁、能耗“双控”等一系列政策措施的推动,钢铁产能向沿海迁徙、布局优化发展[22]。建成了鞍钢鲅鱼圈、首钢京唐、宝钢湛江、山东钢铁日照、柳钢防城港等为代表的具有21世纪国际先进水平的沿海现代化钢铁基地(工厂)或沿海钢铁集群。引进建设投产或在建10余条国际先进的超低能耗超低排放的带钢无头轧制技术ESP(日照钢铁、福建鼎盛、太行钢铁等),薄带铸轧技术Castrip(沙钢),多功能全连续铸轧技术QSP-DUE(首钢京唐世界首条MCCR-DUE产线)等近终形制造技术生产线以及Corex、Finex、Hismelt等非高炉炼铁新技术。代表世界领先水平的5 000 m3以上高炉增加至8座,300 t以上转炉达到了14座。钢铁工业开始发展应用“AI+5G”的智能制造工艺技术,打造智能梦工厂;沿着“一带一路”,从过去“引进来、买进来”向“卖出去、到海外建厂或兼并海外钢企、到海外建原材料基地”发展。

供给侧结构性改革以来,2019年粗钢产量又超9亿t,2020年突破10亿t达10.65亿t,占全球约57%,民营钢企粗钢产量占全国近60%,铁矿石对外依存度高达约80%。钢铁行业开始采取“控产能扩张、促产业集中、保资源安全”等一系列措施。提升产业基础能力和产业链水平,推进产业国际化进程,推动“国民共进”混合所有制改革,加快企业间兼并(联合)重组。由宝钢和武钢战略重组成立的宝武集团先后兼并重组控股了马钢、韶钢、重钢、八一钢铁、太钢等,成为粗钢产能排名全球第一的钢企集团。由鞍山钢铁与攀钢战略重组成立的鞍钢集团兼并重组控股了本钢,成为粗钢产能排名国内第二全球第三的钢企集团。

2021年初开始,国家采取严格措施对钢铁产能与产量进行双控,对违规产能进行清理,确保2021年粗钢产量同比下降。2021年7月16日,全国碳排放权交易市场上线交易正式启动,占全国碳排放40%以上的超2 000家发电企业作为首批交易主体进入该市场,钢铁等重点排放行业将陆续纳入这个市场。从2010年到2021年上半年,共237家企业约6.5亿t粗钢产能已完成或正在实施超低排放改造,到2025年底前力争80%以上产能完成改造,使能耗、污染物排放量有明显下降。但是,由于粗钢产量从2010年的6.27亿t增长到2020年的10.65亿t,钢铁行业的CO2排放总量还在增加,是仅次于电力行业的能源消耗大户和CO2排放大户[24-25]。耐火材料需求侧用户除钢铁行业外,水泥、玻璃、有色等也都是高耗能、高碳排放的行业,并且许多都依赖大量进口原材料(铁矿石、铝矾土、石油等)进行加工生产(过程中,排放了大量的CO2和其他污染物),这些行业都是工业领域碳中和目标的主要发力点。为了尽早实现碳达峰然后尽快向碳中和目标发展,钢铁行业成立了“低碳工作推进委员会”和以毛新平院士为主任的“低碳工作专家委员会”。钢铁行业下一步的主要行动可能是[24-25]:1)继续推动超低排放改造,进一步降低单位碳排放强度;2)研发应用减污降碳绿色冶金新技术(如氢冶金技术和低碳零碳钢铁流程再造技术等),以及碳捕获、利用技术等;3)提高电炉钢比例,使用绿色可再生能源包括太阳能、风能、氢能等;4)严禁新增钢铁产能,控制钢的总产能和总产量。

压减粗钢的总产能和总产量可能是控制和减少碳的总排放量,进而早日实现碳达峰然后向碳中和发展的重要举措[24]。从当前的技术发展看,碳达峰所对应的时间点和碳排放量就是这些高耗能行业的产量峰值(最高值)年份及其碳排放总量。缩短产量峰值平台期,早日实现碳达峰,将有助于确保2060年前实现碳中和。钢铁制造企业如果实现碳中和,包括提供耐火材料产品的企业在内,生产碳中和钢材的供应链、产业链上的每一个环节也都要实现碳中和,如果做不到,就要付出成本,例如外购碳指标。耐火材料行业除自身面临碳中和目标的要求外,钢铁等高温行业低碳转型、向碳中和目标的发展过程也将对耐火材料行业产生重大的影响[23-24]。

3.2 耐火材料工业取得的新进步

耐火材料行业一方面继续深化和大力推广“八五”“九五”期间取得的科技成果;另一方面科研和高校等单位通过申请科技部、国家基金委、“863”计划等科技项目支持,接续研发应用了一批自主产权的新技术、新产品;同时,中国金属学会耐火材料分会、全国耐火材料标准化技术委员会在推动行业学术交流、行业标准化工作等方面发挥了重要作用。耐火材料专业高等教育、企业研发中心等不断发展,科创能力持续增强。生产装备大型化、自动化、智能化水平不断提升,行业运行质量、节能环保不断改善。整体水平又有了明显提高,不断满足了钢铁等高温工业向高质量的发展。

3.2.1 耐火材料行业技术水平,科创能力持续提高

SiAlON(或Si3N4)结合SiC在大型特大型高炉上得到应用,适应了大型高炉“薄壁结构”的发展。2010年后炼铁高炉开始推广高风温顶燃式热风炉,这与耐火材料技术进步密切相关[19]。目前,顶燃式热风炉炉内中高温区域已经普遍采用硅砖替代传统低蠕变高铝砖,并研制应用了高导热硅砖。研制的RH等精炼炉用碱性镁铝质不烧砖、转炉滑板挡渣出钢技术用优质滑板和机构、低碳的镁碳和铝镁碳砖、水泥窑烧成带挂渣皮(窑皮)镁铁烧成砖、炼铜转炉炉衬用能够形成渣皮保护的铬刚玉砖、煤气化炉用低铬刚玉砖以及新型纳米结合保温隔热材料等得到了普遍推广应用。为了适应洁净钢冶炼生产技术发展需要,无碳、低碳(或低碳无Al2O3成分)的碱性镁质材料应用范围和使用比例不断提高。低能耗的不定形、不烧或低温处理的产品所占比例达到70%以上。包括用后耐火材料在内的二次固废资源的应用研究深度和范围不断提高和扩大,钢铁行业用后耐火材料已近100%得到回收利用。研究提出并不断完善了梯度理论、自反应烧结、原位反应、自保护和“渣皮理论”等[20-21]。推动了耐火材料工业的技术进步和向低碳(CO2)低能耗、资源综合利用的发展。

耐火材料专业高等教育和企业研发基地(中心)不断发展壮大。已经有武汉科技大学、西安建筑科技大学、辽宁科技大学、郑州大学和北京科技大学等五所高等院校有耐火材料专业本硕博三个层次的高等教育,其他许多高校如洛阳理工学院、河南科技大学、济南大学、东北大学、天津大学等的材料工程学院也不断的为耐火材料行业输送本科生、研究生;包括洛阳耐火材料研究院的耐火材料国家工程研究中心、先进耐火材料国家重点实验室在内的涵盖耐火材料的国家级的重点实验室、工程研究(技术)中心已达10余个,省级各类企业中心(技术中心、工程中心、工程技术中心等)多达近80个;前后有企业院士工作站近10个、企业博士后研发基地10余个。耐火材料行业的高等教育、人才培养、研发平台等都得到了大的发展,科创能力持续提高。

3.2.2 企业队伍不断壮大,形成了许多领头企业

基于“八五”“九五”耐火材料科技成果,2000年后,许多来自科研院所、国企的专业技术与管理人员(包括退休人员)陆续“下海”办厂创业或加盟到民企,或民间资本与高校合作创办企业,或一个民企又“裂变”为多个民企。逐步形成了包括耐火原料、产品的加工制造、设备、窑炉、检测仪器、自动控制、软件应用等门类较为齐全的耐火材料产业链。民企发展快速,数量不断增加,水平不断提高,成为我国耐火材料行业的主力军。但是也带来了产能、产量过剩,企业小、散、多,集中度低,无序竞争等严重问题[23]。耐火材料主产区的河南、辽宁、山东三省的耐火材料产量占全国近80%。据河南省耐火材料行业协会简报(2021年第九期)报道:仅河南省,2020年有耐火原料和制品企业2 000家以上,其中制品企业1 400余家。2006年,承担建材行业“八五”“九五”耐火材料科技攻关主要任务的中国建材院耐火所组建成立的瑞泰科技在深交所挂牌上市;同年,以科技成果陶瓷纤维等系列节能纤维产品为主业的鲁阳股份于深交所挂牌上市;濮耐股份和北京利尔先后于2008年、2010年在深交所挂牌上市;国内合成树脂领头企业圣泉集团于2021年7月在上交所上市。中钢洛耐院和中钢耐火公司合并重组并增资扩股后成立的中钢洛耐科技股份有限公司,于2020年底开始冲刺科创板上市;山东耐材、浙江红鹰、浙江自立、海城后英等与科研院所、高等院校密切合作、发展壮大。这些公司、集团已经发展成为行业领头、国际上有一定知名度的耐火材料企业。宝武集团正在或可能将对其旗下的武钢耐火、马钢耐火、太钢耐火、山东耐火等公司以及托管的中钢洛耐科技股份有限公司进行优化重组整合[23]。例如通过对瑞泰科技(含湘钢耐火公司等)和武钢耐火公司、马钢耐火公司进行资产重组等控股瑞泰科技。优化重组整合后,这些国有耐火企业在新发展阶段将发挥重要的行业引领作用。

3.2.3 耐火材料行业的装备自动化、智能化、管理现代化、绿色制造水平不断提高

伴随着《中国制造2025》计划的实施,两化融合不断深入,耐火材料行业的自动化水平、智能化水平、环保水平等又有了大的发展。以改扩建后的洛阳利尔为例,从原料分配、称料、混料、布料系统到加料、成型、取码砖、传送、烧成、仓储、检测等实现了全线自动化甚至智能化操作,通过采用集散控制系统(Distributed Contorl System,DCS),建立了工厂DCS管控中心。ERP、MES等管理系统得到推广并开始应用机器人、物联网、云计算、大数据等新一代技术。已有多家耐火材料企业进入绿色工厂行列。我国耐火材料行业向装备自动化、智能化、管理现代化、绿色工厂发展转变。劳动效率、产品质量、工作环境、环保水平等,今非昔比,都有了较大的提高和改善。

3.2.4 耐火材料吨钢消耗大幅度下降[23-24]

耐火材料吨钢消耗从改革开放初期的35~40 kg降到1990年代末的25~30 kg,再降到2021年初的13~14 kg,预计到“十四五”末或“十五五”初将降到约9 kg的国际领先水平。主要有以下四方面的原因:

(1)钢铁工业不断采用国际先进的大型化的工艺技术与装备,以及现代化智能化的紧凑式制造流程。

(2)耐火材料行业与钢铁工业同步发展;耐火材料的品种质量达到国际先进水平,不定形材料所占比例和二次资源的应用比例不断提高。

(3)普遍推广使用了先进高效低耗技术。例如出铁沟自流浇注料和修补技术、钢包内衬整体浇注和套浇技术、转炉溅渣护炉和滑板挡渣出钢技术、长寿命捣打(料)技术、连铸中间包定径水口(或浸入式水口)快速更换和中间包长寿技术、渣皮保护长寿技术等。

(4)耐火材料承包制。2010年至今,钢铁企业普遍采用了耐火材料承包制,独具我国特色。专业的事交给专业的办。包括铁沟、铁包、转炉、钢包、精炼炉、中包等所有涉及到消耗耐火材料的全部设施,从设计、生产供货、仓储到现场的砌筑、冷热维修、拆除、用后耐材处置、温度监控、寿命在线管控甚至行车调运等,“能包尽包”,甚至高炉、热风炉等的大修、基建也进行承包。作为供给侧的耐火材料承包企业与需求侧用户的融合度越来越高。承包制彻底改变了以往粗放式的耐火材料的使用方式。耐火材料的使用评价权由过去用户掌控,变为“我(生产)的产品我负责(整体使用、维护、改进等)”。结算方式从过去“卖砖”(按吨耐火材料多少钱卖给钢企)转变为“卖铁水、卖钢水”(按吨钢或吨铁多少钱与钢企结算)。由于集中度低,竞争日趋激烈,基本是低价中标,逼迫耐火材料承包商,依靠科技进步,精打细算,以最少的耐火材料消耗(包括尽量多的使用二次资源等)达到最高的使用寿命,安全地多产铁、多产钢,从而多结算。

3.3 双碳目标下耐火材料行业的低碳转型新发展新要求

纵观全国耐火材料的产量发展,从1949年的约7.4万t逐步增长,到2011年产量达到峰值2 949.69万t,2012、2013两年为峰值平台期,2014年下降到约2 800万t,2017年为近年来最低约为2 300万t,近三年在2 400万t左右波动。扣除基建用和出口等外,国内消耗性耐火材料的总量总体上从2011年开始呈逐年下降趋势。2020年钢铁行业消耗性耐火材料的总量估计已经下降到约1 400万t,加上水泥、玻璃、有色等行业消耗的耐火材料的总量共计约为2 000万t。可以认为,我国耐火材料行业整体上于2011年就实现了碳达峰。近十年来,需求侧行业(钢铁、水泥、有色等)的产量快速增长,但消耗的耐火材料总量不增反降,说明我国耐火材料行业进步明显[23-24]。

尽管耐火材料行业整体上于2011年实现了碳达峰,但就某一企业而言,尤其是通过扩建或重组等规模越来越大的企业,能源消耗和CO2排放可能还在增长,碳达峰尚未实现。因此,一是行业要继续努力,向低碳转型发展,力争在2060年前更早地实现行业的碳中和目标。具体是哪一年实现,如何实现,对应的耐火材料产量大概是多少等问题,需要全行业深入研究,尽快制定出碳中和目标的时间表、路线图、施工图,并为之努力奋斗。二是相关企业,也应该尽快研究提出本企业的碳达峰、碳中和目标发展计划。

耐火材料是随着钢铁等高温行业的发展而发展的。钢铁、水泥、玻璃、陶瓷、有色、煤化工等高耗能高碳排放行业是耐火材料行业需求侧的主要用户,也是工业领域碳中和目标的主要发力点。这些行业低碳转型发展、一直到实现碳中和目标、然后进入零碳发展阶段,这个过程和耐火材料行业本身实现碳中和目标的要求,将对耐火材料行业的新发展产生重大影响,可能带来一场产业技术革命性变革。以钢铁行业为例,压减粗钢的总产能和总产量并提高电炉钢的比例可能是最终实现碳中和目标的重要举措,同时将采用低碳冶金新技术等。一是粗钢总产量可能逐步下降并提高电炉短流程产钢比例、降低高炉长流程产钢比例,消耗的耐火材料总量将随之大幅度减少;二是国家严控“两高”项目,基建用耐火材料将大幅度降低;三是低碳绿色冶金新技术等将对耐火材料提出新要求;四是钢铁行业实现碳中和的过程中,可能将对耐火材料总包工序不断提出低碳排放的要求,或将优先选择低碳强度的耐火材料产品,并要求提供产品的碳排放强度指标等。此外,国家有可能征收高耗能高碳排放产品的出口碳附加税,限制高耗能高碳排放产品的出口,同时国外如欧盟等提出将从2026年开始对进口产品征收碳关税。因此,为了适应和满足新发展阶段的新发展要求,耐火材料行业应继续深化供给侧结构性改革,并采取以下具体措施:淘汰落后工艺技术装备、控产能和减产量、提高集中度、节能环保、优化产业布局、协同研发应用低碳零碳制造创新技术、制定低碳零碳产品标准等。

4 结语

在纪念钟香崇先生诞辰100周年之际,我们缅怀钟香崇先生为我国耐火材料工业做出的突出贡献。通过以钟香崇先生为代表的几代耐火人的不断努力奋斗,我国耐火材料工业取得了长足发展:从建国后至改革开放前的紧跟钢铁工业发展步伐的自主开发,到从改革开放后至21世纪初的跟随钢铁等高温工业的引进消化吸收,全部实现国产化并开始大量出口,形成了独具我国耐火资源特色的耐火材料工业体系,发展到进入21世纪后逐渐与钢铁等高温工业同步发展,能够自主开发出国际先进的耐火材料新工艺、新技术、新原料、新产品,全国耐火材料产量占全球约65%,成为全球第一生产和出口大国,并开始到海外进行总包或建原料和产品生产基地。现在,我国耐火材料工业进入了高质量发展的新发展阶段,在国际上举足轻重,为我国钢铁等高温工业的发展做出了贡献,为我国实现第一个百年目标做出了贡献。

今后,在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下,继承和发扬钟香崇先生等老一辈的初心精神,立足新发展阶段,贯彻新发展理念,构建新发展格局,继续努力,“一茬接着一茬干,一棒接着一棒跑”。加快构建并形成绿色、低碳、循环、智能的高质量耐火材料产业体系和生态产业链。不断地适应和满足新发展阶段的新发展要求。在2060年前早日实现碳中和目标,开创耐火材料工业高质量发展的新局面。

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