高溫工業(yè)的技術靈魂

文/本刊記者 張 瑞

高溫工業(yè)的技術靈魂

文/本刊記者 張 瑞

提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競爭力需要什么？

在當今科技革命迅猛發(fā)展，不斷引發(fā)新的創(chuàng)新浪潮，科技成果轉化和產(chǎn)業(yè)技術更新?lián)Q代的周期越來越短的時代，又如何提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力？

國內(nèi)外眾多基業(yè)長青的企業(yè)案例表明，建立基礎性研發(fā)平臺是企業(yè)乃至行業(yè)保持持續(xù)競爭力的“法寶”。

依托中鋼集團洛陽耐火研究設立的“先進耐火材料國家重點實驗室”不但是耐火材料領域內(nèi)首個獲準建設的國家重點實驗室，它的建設更將為中鋼集團洛陽耐火研究和國內(nèi)整個耐火材料行業(yè)技術的提升奠定堅實的基礎。

“先進耐火材料國家重點實驗室”是耐火材料領域內(nèi)首個獲準建設的國家重點實驗室。

技術立身 完美升級

耐火材料是鋼鐵、有色、建材、石化、能源、環(huán)保、電子乃至國防等工業(yè)的基礎材料，耐火材料技術進步是高溫工業(yè)發(fā)展和采用先進工藝、實現(xiàn)高效、低耗和環(huán)境友好不可或缺的技術支撐。

在這一領域，中鋼洛耐院當之無愧的是我國耐火材料行業(yè)技術、學術、信息服務中心和科技成果的主要輻射中心。

中鋼集團洛陽耐火研究院1963年建院，原來隸屬于冶金部，是我國耐火行業(yè)領域唯一的一所綜合性的研究機構，集學術、技術、信息、工程設計和人才培養(yǎng)為一體，作用主要就是扶持耐火材料企業(yè)。1999年第一批轉制為科技型企業(yè)，同時隸屬于中鋼集團。

建院40多年來，中鋼洛耐承擔了國省市的各類項目600多項，得獎200多項，授權專利66項，其中包括國家特等獎、國家科技進步獎等?？梢哉f，對我國耐火材料行業(yè)的發(fā)展，尤其是產(chǎn)品國產(chǎn)化這方面，做出了很大的貢獻。

目前，企業(yè)是總占地面積29萬平方米,總建筑面積約12萬平方米，擁有以耐火材料國家工程研究中心和國家高技術產(chǎn)業(yè)化特種耐火材料示范工程為主體的產(chǎn)業(yè)基地。院本部位于洛陽市澗西區(qū)，生產(chǎn)區(qū)位于洛新工業(yè)園區(qū)。

中鋼洛耐院現(xiàn)固定資產(chǎn)2.5億元，近兩年年經(jīng)營規(guī)模達7億多元。院實驗室2008年被認定為河南省重點實驗室，是行業(yè)內(nèi)規(guī)模最大、功能最完善的專業(yè)化耐火材料實驗室。

現(xiàn)在實驗室總建筑面積約5 500平方米，科研實驗樓4 000平方米，專用工藝實驗間和模擬試驗間1500平方米；實驗室擁有耐火材料工藝研究、性能測試和應用模擬試驗等科研開發(fā)專用儀器設備約500臺套，總值2000萬元以上。

實驗室內(nèi)裝備有：掃描電子顯微鏡、X－射線衍射分析儀等先進進口分析儀器；用于耐火材料高溫性能測試設備有：熱膨脹測試儀、熱導率測試儀、高溫熔點測試儀等測試裝置；在工藝研究方面，除完善、先進的常規(guī)耐火材料工藝研究設備外，還裝備有耐火材料新工藝研究的裝置和測試儀器，如自蔓延合成爐、氣流粉碎機、噴霧造粒機、高溫真空燒結爐等。高溫模擬試驗研究是耐火材料創(chuàng)新研究重要手段，實驗室裝備有國內(nèi)最全面、最先進的耐火材料應用模擬研究裝置，用來研究耐火材料在不同使用條件下的損毀過程和機理。

中鋼洛耐院擁有各類專業(yè)技術人員400余人，博士、碩士、教授級高工逾100人，并設有博士后科研工作站。

中鋼洛耐院現(xiàn)有復合材料、高級氧化物、冶金功能、不定形耐火材料等十大類18條生產(chǎn)線，年產(chǎn)中高檔耐火材料6萬余噸，產(chǎn)品品種達200多個，主要應用于鋼鐵、有色、石化、陶瓷、建材、水泥、玻璃、電力等多個行業(yè)，銷至美洲、歐洲等全世界40多個國家和地區(qū)。

科技部于2009年初啟動了第二批依托轉制院所和企業(yè)建設國家重點實驗室的工作。中鋼洛耐院憑借在耐火材料領域雄厚的技術實力，一流的科技人才，完善的科研裝備等優(yōu)勢條件，在經(jīng)過初選、專家論證等階段后，成功進入企業(yè)國家重點實驗室行列。

國家重點實驗室作為國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，是國家組織高水平基礎研究和應用基礎研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才、開展高水平學術交流、科研裝備先進的重要基地。

說起“先進耐火材料國家重點實驗室”申報成功后的發(fā)展，中鋼洛耐院掌門人李紅霞認為，此次獲準依托中鋼洛耐院建設的“先進耐火材料國家重點實驗室”將以適應高溫工業(yè)發(fā)展、提高耐火材料在高溫工業(yè)應用科學性和應用水平、耐火材料工業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目標，致力于先進耐火材料制備和應用基礎研究，最終將實驗室建設成為耐火材料行業(yè)從事應用基礎研究、共性關鍵技術研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才的開放基地，成為輻射先進技術、開展科技交流、推動產(chǎn)學研相結合的開放平臺。

對“先進耐火材料國家重點實驗室”申報成功的意義，李紅霞這位中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司院長、黨委書記，第十一屆全國人大代表，教授級高級工程師，博士研究生導師，北京科技大學、天津大學、東北大學、武漢科技大學兼職教授，“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，國際標準化組織耐火材料技術委員會主席，同樣激情滿懷。

她認為，“先進耐火材料國家重點實驗室”的申報成功是對中鋼洛耐院在耐火材料領域科技實力和科技競爭力的肯定，實驗室建設對于切實增強院自主創(chuàng)新能力和核心競爭力，從而引領我國耐火材料行業(yè)發(fā)展，帶動行業(yè)技術水平整體進步具有重要意義。

現(xiàn)在我國高性能的碳化硅制品有80%都來源于河南省，它的上下游也已經(jīng)形成了一條產(chǎn)業(yè)鏈。

轉化技術提升企業(yè)競爭力

記者曾經(jīng)在位于河南省洛陽市西出入口的洛陽耐火材料研究院產(chǎn)業(yè)化基地，看到了一種長60厘米、寬20厘米、高15厘米的黑色耐火材料磚。據(jù)技術人員介紹，這些看似不起眼的“黑磚頭”，一塊可換一臺彩色電視機。

這種致密氧化鉻磚，是耐研院取得自主知識產(chǎn)權且在洛陽就地進行生產(chǎn)的科技成果之一。

而另一個的碳化硅系列產(chǎn)品，獲得了2005年國家科技進步二等獎，在國際電解鋁行業(yè)所占市場份額達到了30%-35%。他們又把這種技術應用到國內(nèi)的電解鋁行業(yè)，使電解鋁行業(yè)的鋁電解槽壽命從原來的一年半到兩年，提高到了至少四年半。而且使用了這種材料之后，制造一噸電解鋁可以節(jié)電100度。2009年我國電解鋁產(chǎn)量是1000多萬噸，等于節(jié)能的效果就是10多億度電。同時，這還帶動了整個河南省對于碳化硅系列產(chǎn)品的生產(chǎn)?，F(xiàn)在我國高性能的碳化硅制品有80%都來源于河南省，它的上下游也已經(jīng)形成了一條產(chǎn)業(yè)鏈。

作為我國耐火材料專業(yè)領域唯一的大型綜合研究機構，近年來，耐研院靠科研立院、產(chǎn)業(yè)強院、就地轉化，每年將95%以上的科研成果就地轉化為生產(chǎn)力。成為國內(nèi)科技成果就地轉化最好的院所之一。

而科技成果是企業(yè)發(fā)展生生不息的源頭，使企業(yè)發(fā)展的保障。

2009年，河南省特種耐火材料重點實驗室共承擔省級以上新立項項目9項。其中國家級課題6項（包括國家自然科學基金項目、科研院所技術開發(fā)專項等），省級課題3項（包括河南省重大專項等）。

2009年實驗室新承擔省級以上課題共獲得國撥經(jīng)費623萬元，實際到位資金611.8萬元。

2009年，實驗室以承擔的重點課題（863課題、科技支撐計劃、科技部院所專項基金課題等）為載體，圍繞高效節(jié)能耐火材料和功能耐火材料研究方向，建立了相應的專門化研究手段，開展了創(chuàng)新、深入的基礎研究，各項目有條不紊的按計劃進行，均取得了良好的結果和進展，研究結果在國內(nèi)同行業(yè)中處于領先。

國家863計劃“玻璃窯用高性能耐火材料技術”研究了SiO2氣凝膠的制備工藝參數(shù)（水玻璃濃度，催化劑的種類及其加入量，化學干燥控制劑）對氣凝膠結構和性能的影響，利用堆積密度測定、BET吸附等手段對氣凝膠的振實密度和比表面積進行了表征，找到了溫度對氣凝膠粉體密度的影響原因。

科技支撐計劃項目“連鑄用梯度功能耐火材料的研究開發(fā)”依據(jù)功能耐火材料在服役過程中的特性即使用壽命幾乎完全由局部工作面的損毀程度所決定，突破傳統(tǒng)工藝，對產(chǎn)品關鍵部位材質、結構、性能進行優(yōu)化設計和配置，更好地適應使用條件，獲得綜合性能好和使用壽命高的功能耐火材料。通過開發(fā)獲得的新型浸入式水口和整體塞棒在珠鋼和馬鋼均進行了初步的試驗，SEN壽命可達到13h的水平，通過進一步試驗可以超過13h的考核要求，即比既定要求提高30%的水平。長水口進行了初步現(xiàn)場試驗，壽命已經(jīng)達到了10h，基本與中包壽命同步，達到了國際先進水平。在山東濰坊和浙江杭州兩個鋼廠進行3批次滑板的現(xiàn)場試驗工作，結果表明試驗連滑次數(shù)增加，最高達到3次，平均達到2.5次；試驗滑板無夾鋼現(xiàn)象。

國家重大產(chǎn)業(yè)技術開發(fā)專項“COREX-C3000爐襯綜合節(jié)能技術開發(fā)”項目中關鍵耐火材料的研制開發(fā)工作內(nèi)容已全部完成，所研制各種耐火材料已達到預定目標，各種COREX爐用耐火材料的生產(chǎn)工藝已近成熟，具備批量提供產(chǎn)品的能力。與寶鋼股份中厚板公司正在實施全面合作，其第二座COREX-C3000熔融還原煉鐵爐上非碳質耐火材料將主要采用本項目新開發(fā)的關鍵耐火材料。有關COREX-C3000爐襯損毀機理的研究已在逐步開展，各種高溫模擬實驗特色裝備已建成或接近完成，相關基礎試驗正在有序進行中；有關節(jié)能和長壽技術研究也在進行中。項目可按期高質量完成，可望在耐火材料配置技術和長壽技術方面形成世界最先進的技術成果。

科研院所技術開發(fā)專項“微孔結構塞隆結合剛玉材料的研制”所研制的微孔結構塞隆結合剛玉材料已完全達到了預定目標。該材料在大生產(chǎn)線上通過了生產(chǎn)實驗驗證，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝得到了優(yōu)化，并與國外同類產(chǎn)品進行了全面的應用性能對比實驗研究，所研制產(chǎn)品整體性能優(yōu)于國外產(chǎn)品。目前已有部分產(chǎn)品出口印度，正在為寶鋼第二座COREX-C3000熔融氣化爐生產(chǎn)部分微孔結構塞隆結合剛玉關鍵耐火材料。

承擔的河南省重大科技專項“優(yōu)質鋼精煉鋼包用耐火材料技術研究及產(chǎn)業(yè)化”目前已成功研制生產(chǎn)出批量的高檔預制塊添加劑、無碳鋼包渣線及包身材料，產(chǎn)品已在國內(nèi)某知名鋼廠進行砌筑使用，項目產(chǎn)業(yè)化部分已完成了工藝施工圖設計，相關配套專業(yè)（土建、電氣等）正在進行配套專業(yè)圖紙設計。下一步將進行研制產(chǎn)品的擴大使用及現(xiàn)場使用情況跟蹤記錄分析。

河南省扶持企業(yè)自主創(chuàng)新資金項目“新一代鋁電解槽用高效耐火材料研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”目前完成了新型鋁電解槽用導熱率高、抗電解質侵蝕優(yōu)異的新型高效SiC材料的實驗研究，并在生產(chǎn)線上進行了生產(chǎn)實驗，生產(chǎn)工藝已完全成熟，具備了批量供應產(chǎn)品的能力，每年可提供這種高效材料近5000噸。該新型材料SiC含量高，并可在93%-96%進行調整，對比實驗研究表明，其導熱率比氮化硅結合SiC高約15%-30%，抗冰晶石電解質侵蝕能力提高50%-100%。目前已有少量產(chǎn)品在歐洲某鋁業(yè)分公司試用，現(xiàn)正在為歐洲另一鋁業(yè)公司生產(chǎn)十幾噸產(chǎn)品。世界上尚未同種材料在鋁電解槽上使用的報道，為國內(nèi)外首創(chuàng)，市場前景廣闊。

2009年，承擔的研發(fā)項目中共有4個項目通過省市組織的專家組驗收，2項目通過了省科技廳組織的鑒定。其中，承擔的洛陽市科技發(fā)展計劃項目“高熱震穩(wěn)定性氧化鋯隔熱材料研制及產(chǎn)業(yè)化”項目鑒定結果為技術水平達到國際領先。

2009年獲得各種獎勵4項，其中，“大型鋁熔煉爐用不定形耐火材料研制與應用”獲河南省科學技術進步一等獎，“金屬結合鋁鎂碳系列滑板的研制開發(fā)”獲冶金科學技術進步三等獎。

2009年組織申報專利34項，其中發(fā)明專利24項；獲得授權專利14項，其中發(fā)明專利2項，實用新型專利11項，外觀設計1項。主編專著《高爐襯蝕損顯微剖析》1部，已發(fā)表論文60篇。

實驗室這一列重大科技成果，為企業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。

培養(yǎng)人才為行業(yè)作出更大貢獻

人才是實驗室發(fā)展的基礎，為了培養(yǎng)人才實驗室不遺余力。

在制度上實驗室制定了較完善的人才培養(yǎng)和激勵機制。2009年有11人獲得依托單位授予的“拔尖人才”稱號。2009年，李紅霞主任榮獲“河南省自主創(chuàng)新十大杰出青年”榮譽稱號，學術帶頭人王文武入選“新世紀百千萬人才國家級人選”。

依托特種耐火材料重點實驗室的5個專業(yè)研究室，建設的5支從事相關領域研究的創(chuàng)新團隊，進行關鍵技術和共性技術的研究，為相關領域的發(fā)展提供技術支撐。具體為“功能耐火材料創(chuàng)新團隊”、“不定形耐火材料創(chuàng)新團隊”、“計算機應用技術團隊”、“高效節(jié)能耐火材料創(chuàng)新團隊”和“耐火材料性能和服役壽命評價創(chuàng)新團隊”。通過承擔課題研究工作鍛煉了隊伍，培養(yǎng)了人才。

2009年，實驗室新招收碩士研究生5名，聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生8名。目前在讀碩士研究生19名，博士研究生8名，在站博士后1名。

為了更深入研究，2009年，實驗室共組織學術交流活動6次，其中，與澳大利亞Hismelt熔融還原煉鐵公司就HIsmelt熔融還原煉鐵工藝用耐火材料的選型和制造工藝進行了技術交流，

于2009年3月在登封主辦了“耐火原料學術交流會”，于2009年9月在洛陽舉辦“2009全國不定形耐火材料學術會議”，通過這些會議反映出了我國不定形耐火材料在研發(fā)、生產(chǎn)應用、施工技術和裝備以及再生利用等各個方面取得的進步和成績，為科研奠定下一步研究基礎。

2009年實驗室人員共參加國內(nèi)外學術會議14次，參加人數(shù)達100余人次，取得了良好的效果。

目前，實驗室以高效節(jié)能和特種耐火材料為研究方向，解決指導高效節(jié)能耐火材料設計、制造和應用技術基礎理論。主要集中在5個研究方向：耐火材料高溫損毀過程基礎研究；耐火材料結構設計優(yōu)化、配置優(yōu)化研究；耐火材料性能優(yōu)化和功能化基礎研究；特種不定形耐火材料設計基礎理論研究和應用技術研究；高性能高溫隔熱耐火材料基礎研究。

這一連串的舉措，使得實驗室研發(fā)能力大大增強。

2009年實驗室開發(fā)出的高效節(jié)能、具有自主知識產(chǎn)權的耐火材料技術與制品對提高河南耐火材料產(chǎn)業(yè)的技術水平和耐火材料制品的附加值，對相關高溫行業(yè)的節(jié)能降耗具有重大經(jīng)濟和社會意義。

目前，實驗室成功進行了環(huán)保型可降解耐火纖維的研究生產(chǎn)試驗，成功試驗生產(chǎn)出了環(huán)保纖維棉和環(huán)保纖維毯，并實現(xiàn)了纖維毯連續(xù)生產(chǎn)18小時，試驗圓滿成功，取得了重大的技術突破，突破國外跨國公司的技術壁壘。

在連鑄功能耐火材料的研發(fā)過程中獲得了5項關鍵技術，包括高抗侵蝕性梯度浸入式水口渣線材料、高壽命梯度長水口、整體塞棒用高性能梯度棒頭材料、高性能梯度透氣元件材料和滑板材料，具有獨立的自主知識產(chǎn)權。所開發(fā)產(chǎn)品的性能均在原有的技術基礎上有較大程度的提高。

成功制備出結構和性能優(yōu)良的灰渣熔融爐用自結合95-SiC材料，材料的各項技術指標達到或高于國外同類產(chǎn)品的指標要求，目前已能夠實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。研究成果突破了日本品川公司在技術上的嚴密封鎖，為耐火材料的進一步發(fā)展和品質的提升提供了一條新的途徑，帶動本行業(yè)的發(fā)展和技術進步，為垃圾焚燒-灰渣熔融處理等環(huán)保行業(yè)的技術進步和發(fā)展起到了一定的促進作用。

成功研制出新一代水煤漿氣化爐用優(yōu)質高鉻磚，其具有高體積密度、較低顯氣孔率、較高的高溫抗折強度以及較好的熱震穩(wěn)定性，特別是新型高鉻磚具有優(yōu)良的抗煤渣滲透性，達到國際先進水平。新產(chǎn)品在德士古水煤漿氣化爐上進行了兩次試用，效果較好。該產(chǎn)品投入市場后，可替代現(xiàn)有產(chǎn)品，經(jīng)濟效益可觀。

耐火材料是一切高溫工業(yè)不可或缺的重要基礎材料和支撐材料，也是一些特殊領域需求的重要高溫材料，不僅維系高溫工藝的進行，也是高溫工業(yè)產(chǎn)品結構調整、新技術、新工藝實施的重要相關技術。

進入新世紀，中國高溫工業(yè)發(fā)展迅猛，已成為世界超級生產(chǎn)大國，如2009年粗鋼產(chǎn)量5億噸，占世界38%，有色金屬產(chǎn)量2500多萬噸，占世界25%以上。高溫工業(yè)是能源消耗大戶，這一領域的結構調整、增長方式的轉變對于促進建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會進而實現(xiàn)國家低碳經(jīng)濟目標意義重大，而發(fā)展和采用先進耐火材料是高溫工業(yè)領域實現(xiàn)這一目標的重要支撐技術。

新時期，新要求，依托中鋼集團洛耐院建立的實驗室，其科研人員決心弘揚全局意識、團隊精神，齊心協(xié)力，堅持“發(fā)展就是硬道理”的指導思想，將耐火材料事業(yè)做強做大，在發(fā)展中實現(xiàn)自身的價值。

我們相信，實驗室明天會更美好，中國的耐火材料在世界上也將更具有核心競爭力！