双碳背景下耐火材料科技创新的思考

双碳背景下耐火材料科技创新的思考

杨志恒

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摘要：以“碳达峰”和“碳中和”为主要目的，为了防止生产过程中出现相应的污染，对生态环境造成损害，必须严格控制目前的排放量。在双碳背景下，耐火材料的制造是有限度的，为了保证产品的数量和质量，同时又能有效地保护周围的环境，减少污染，就必须对技术进行优化和创新，以达到国家可持续发展的战略目标。因此，本文着重对“双碳”背景的形成和“双碳”产业的发展状况进行了深入的探讨，并对这一背景下的技术创新的主要内容、措施和具体的发展趋势进行了详细的论述。

关键词：双碳；耐火材料；创新思考

1双碳背景下技术创新要点

(1)用于非高炉冶炼的长寿命物料。工作人员将重点放在了非化石氢冶炼技术上，包括了气基还原、氢基熔化还原等一系列技术。在仔细地研究氢冶金工艺时，可以选择具有较长寿命的材料；在进行熔化还原时，也要选用具有较长寿命的材质。(2)在转炉和精炼技术的绿色、功能化材料的研制工作中，采用底吹技术可以有效地改善钢液的含氧量，提高钢液的纯度，但在实际应用中，底吹粉、寿命期不超过2000炉的情况下，会造成基体的损伤。在开发高品质的材料时，采用新的技术，会使使用环境变得越来越恶劣，甚至会对使用的设备造成严重的磨损，增加对内部的热的影响，从而形成一个高压、高温的真空环境。(3)进行优质连铸材料的研制。目前，我国在实现高质量钢筋浇筑的同时，出现了超低碳钢、帘线钢等较为严重的问题；连铸生产效率低下，尤其是合金元素和稀土含量过高，会导致合金寿命缩短；在完成含锰稀土钢的过程中，很可能会出现土壤堵塞现象，严重地影响到整个工程的质量。

2耐火材料行业的挑战和机遇

“双碳目标”、“绿色发展”、“智能制造”、“发展与安全”等一系列政策，将会进一步促进“高温”行业的科技创新，并催生“革命性”的新技术，从而极大地推动耐火材料的科技创新和产业变革。另外，对我国耐火材料的全寿命期碳足迹进行核算，制定低碳环保标准，将给我国耐火材料行业带来极大的挑战。但是，从整体上看，随着我国高温产业碳达峰的目标和技术创新，我国耐火材料发展的整体趋势是“量减质增”。

从“双碳目标”和“低碳绿色”高质量发展两个方面来看，目前国内的耐火材料工业还面临着许多问题。首先是耐火材料的大量出口，国内的耐火材料在全球的份额很大，其中包括镁砂，碳化硅，棕刚玉，白刚玉等。国内耐火材料是世界上最大的，但不确定型、高耗能型普通硅砖的出口量很大，而绿色优质原料的比重相对较小，还需进一步优化产品结构；生产耐火材料主要是石油和其他矿物能源，其排放量较大；耐火材料生产工艺的节能和废热回收利用有待进一步改善；耐火材料在使用后的回收利用还有待进一步提高。

3耐火材料的生产科技创新内容

3.1材料微型结构

耐火材料由骨料、基质、气孔等构成，其中颗粒成分的设计是决定其微观结构和整体性能的稳定性的重要因素。在加工时要加热，使其变为熟料，然后粉碎成各种大小的微粒，是目前生产中应用最广泛的一种方法。但这种方法对耐火材料的结构稳定性有很大的影响，而且很难控制。同时，这种材料的生产方式也会给厂家带来一些负面的影响，因为每一种粒径的颗粒都会产生不同的尺寸，而这些尺寸并不适合卖方，这就导致了成本的增加，也导致了资源的浪费。

3.2材料的轻量化

耐火材料的重量减轻，就是要减少材料的体积和密度，同时还要保证它的使用寿命。这种操作的目的是：一是在减少原料用量的同时，也可以减少整个物料的消耗量；第二，可以减少耐火材料的热传导率，减少能耗；第三，将原料转变为熟料时的温度降低，不但可以减少CO2的排放量，而且可以减少使用费用。耐火材料和骨料的出现，就是为了增强整体的强度和抗震性；骨料和基质之间的体积密度和孔隙率差异很大；一般基质的孔隙率在10%到20%之间，而集料的空隙量在4%。从理论上来说，当骨料的强度超出基质后，它的扩散受到了一定的限制，所以它的强度不一定要太高。

3.3自动化配料系统

以前，耐火材料的制造大多采用人工配制，不但操作繁琐，出错概率大，数据不方便记录，效率低，而且还要耗费大量的人力。为了避免以往手工操作的错误，他们在材料生产中开发了一套新型的自动控制系统，它可以在线上完成测量、动态剂量等各项工作，其中最重要的一项就是物料的存储、称重、输送等。按照生产工艺的要求，首先按照常规的方式计算出需要的总量，然后才能进行移动的称重车，在运行的时候，自动系统会在不同的物料仓库中进行计量和配料，然后将物料送到不同的卸料口。在控制室里的技术人员，通过电脑和 PLC，安设了控制装置，通过通信线路，实现了上下两个机位之间的通信。

3.4成型自动化生产

在耐火材料成形生产线上，包括物料混合、物料输送、物料称重、出砖、码垛等一系列工作。以往的称量工作都是靠人工，这样不但增加了工作的工作量，也降低了生产效率，而且无法很好的保证产品的质量。而上述流水线则能实现全部工序的自动化，降低人力的消耗，并极大地提升生产效率和品质。在材料自动制造中，比较关键的设备有：物料混合机械、称重和布料设备、自动检测系统等。这些自动化设备可以根据预先设置好的参数，自动的进行布料的自动上料，误差不超过30克，这就改变了以往的手工操作，增加了称重和布料的效率和质量。全自动压机由主体机构、液压系统、进料系统等组成，可实现布料、压制、脱模等自动化作业，能适应各种原料、外形结构尺寸的不同要求。从质量的角度来看，这种机器在实际应用中，可以严格控制产品的尺寸，一般误差只有0.5%。同时，提高了制品的密度，保证了产品的均匀性。采用此项技术，也可降低以前在进行压制时出现的缺口、脱角、层裂等缺陷，提高了产品的品质。

3.5全自动温控隧道

以往用于物料制造的隧道窑，大都存在着非清洁能源、人工操作、设计不合理等问题。目前采用新型超高温自动隧道制造耐火材料的方法是目前为止最经济、有效的方法，压力控制和温度控制都会对工程的整体质量造成很大的影响。随着大数据的普及和应用，温度传感设备和气压传感设备的数据都会被传输到控制中心，通过模型的方法来调整燃料和燃料的比例，再由传感器将温度和压力均匀的分配给控制中心。利用大量的资料，可以将其制成各种模式，从而减少大气中的CO2排放量，减少能源消耗，节约人力成本，促进企业的管理科学化和智能化。

结语

综上所述，要达到国家在“双碳”大环境下的目标，就必须通过创新和优化各种碳源含量高的耐火材料技术，使之能够按照绿色和环境的要求来进行生产。在详细地分析了双碳背景的产生、高温行业的发展、双碳背景下的技术创新要点、耐火材料生产技术创新的内容和方向，了解到之后工作中要在现有的基础上开展技术创新、优化，之后实现耐火材料的生命周期绿色化，才能够促进高温行业的双碳目标。

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