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改革開(kāi)放三十多年，我國(guó)耐火材料工業(yè)有了很大的進(jìn)步。我國(guó)耐火材料產(chǎn)量居世界第一位，耐火材料的質(zhì)量與品種也得到很大的提高與發(fā)展，耐火材料技術(shù)水平也在迅速接近國(guó)際先進(jìn)水平。但是，我國(guó)耐火材料工業(yè)還存在很多問(wèn)題，如:耐火材料的消耗水平高;耐火材料生產(chǎn)廠多，集中度低;耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差;創(chuàng)新不夠;研發(fā)工作主要集中在材料的配方-組成-結(jié)構(gòu)與性能方面，而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制及耐火材料的使用重視不夠。
當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已進(jìn)入轉(zhuǎn)型期。耐火材料用戶(hù)產(chǎn)能大量過(guò)剩，經(jīng)濟(jì)效益下降，環(huán)境的要求亦日趨嚴(yán)格。這些給耐火材料企業(yè)造成了很大困難。造成這些問(wèn)題的原因是多方面的，與我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型有關(guān)，但也與耐火材料行業(yè)本身的問(wèn)題密切相關(guān)。例如大量的中、小型企業(yè)的存在說(shuō)明科技優(yōu)勢(shì)與大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)并沒(méi)有充分發(fā)揮，給低水平中、小企業(yè)以生存機(jī)會(huì)。這些問(wèn)題的產(chǎn)生與生產(chǎn)管理、科技進(jìn)步以及耐火材料工作者的思維方式等因素有關(guān)，不可能很快得到完全解決。本文僅就有關(guān)科技方面的問(wèn)題，提出一些看法與建議。
在材料領(lǐng)域中，耐火材料是一個(gè)小的、傳統(tǒng)的分支，它沒(méi)有得到足夠的重視。它是國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可或缺的基礎(chǔ)材料，也是材料中顯微結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的一種。它具有多組成、多粒度、非均質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)這種結(jié)構(gòu)的研究控制比其他材料要困難得多。因此，無(wú)論從研究的數(shù)量與深度都比其他材料落后，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也比較慢?；仡欉^(guò)去半個(gè)世紀(jì)，影響耐火材料發(fā)展的只有兩項(xiàng)重要技術(shù)。
1)含碳耐火材料。日本的渡邊明將石墨引入到耐火材料中來(lái)，構(gòu)成了今天煉鋼用耐火材料的主體。
2)不定型與不燒耐火材料。很多技術(shù)是從建筑混凝土工藝中借鑒過(guò)來(lái)的。
2耐火材料生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展探討
大數(shù)據(jù)與耐火材料生產(chǎn)過(guò)程控制
近年來(lái)，大數(shù)據(jù)是個(gè)熱門(mén)話(huà)題，它涉及人們?nèi)粘Ｉ睢⑸a(chǎn)的各個(gè)方面。各國(guó)政府對(duì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用也非常重視。
所謂大數(shù)據(jù)實(shí)際上就是在人類(lèi)生活與生產(chǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)量極大的數(shù)據(jù)，在人類(lèi)生活與生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的、自然地大量的使用一些條件，產(chǎn)生大量的結(jié)果。當(dāng)它們被用數(shù)據(jù)表示出來(lái)時(shí)，就形成了大數(shù)據(jù)。必須說(shuō)明的是:大數(shù)據(jù)并非近幾年才存在的。只要有人類(lèi)生活與生產(chǎn)活動(dòng)，各種數(shù)據(jù)必然會(huì)產(chǎn)生。只是由于過(guò)去技術(shù)比較落后，人們沒(méi)有能力來(lái)表達(dá)、收集與處理這些數(shù)據(jù)。隨著技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在人們收集與處理這些數(shù)據(jù)的能力大大加強(qiáng)，特別是計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，處理數(shù)據(jù)的能力非常強(qiáng)大，使得人們比較容易從這些數(shù)據(jù)中得到有用的信息與規(guī)律。通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的分析可以從中獲得對(duì)人們非常有用的信息。大數(shù)據(jù)分析的特點(diǎn)主要有三個(gè)。
1)與原來(lái)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析不同，大數(shù)據(jù)分析用的是所有數(shù)據(jù)，而不是數(shù)據(jù)樣本。
2)樂(lè)于接受數(shù)據(jù)的紛繁、復(fù)雜，不再過(guò)分追求數(shù)據(jù)的精確性，容許一點(diǎn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)存在。
3)不特別關(guān)注數(shù)據(jù)之間的因果關(guān)系。只關(guān)心它們之間的有無(wú)關(guān)系。
大數(shù)據(jù)分析對(duì)耐火材料工業(yè)有很大意義。當(dāng)前，耐火材料企業(yè)面臨著很大的成本壓力。一方面生產(chǎn)成本上升，另一方面銷(xiāo)售價(jià)格下降。要改變這種狀況，只有通過(guò)耐火材料企業(yè)自身的努力來(lái)解決，而大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用會(huì)對(duì)此有幫助。
這三個(gè)階段都與耐火材料成本密切相關(guān)。過(guò)去大量的工作集中在配方設(shè)計(jì)上，對(duì)后兩個(gè)階段關(guān)注很少。因此，在后兩個(gè)階段中仍有很大潛力可挖。大數(shù)據(jù)分析可以在后兩個(gè)階段發(fā)揮很好的作用。在一個(gè)生產(chǎn)流程中，從原料開(kāi)始，包含多個(gè)工序，為了控制各工序，都有一些自變數(shù)X1、X2……Xn，也產(chǎn)生一些因變數(shù)Y1、Y2……Yn。前一個(gè)工序的因變數(shù)也可能成為另一個(gè)工序的自變數(shù)。生產(chǎn)過(guò)程完成后，最后得到我們需要的產(chǎn)品。各變數(shù)之間可能存在某種關(guān)系。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析可以了解它們之間的關(guān)系，從而得到最佳的工藝條件。除了技術(shù)參數(shù)之外，大數(shù)據(jù)中也可以包括成本等有關(guān)的經(jīng)濟(jì)因素。
耐火材料顯微結(jié)構(gòu)與球形骨料
耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)由骨料、基質(zhì)與氣孔組成。在耐火材料生產(chǎn)中，顆粒組成的設(shè)計(jì)是非常重要的，它對(duì)于保證顯微結(jié)構(gòu)以及性能的穩(wěn)定性有重要意義。生產(chǎn)中先燒成熟料，再將熟料破碎成不同粒度的顆粒，例如尺寸為8-5mm、5-3mm、3-1mm和10mm的顆粒。以它們?yōu)楣橇?，以尺寸小?.088mm或0.044mm的細(xì)粉為基質(zhì)，以構(gòu)成完整的耐火材料顯微結(jié)構(gòu)。這是現(xiàn)有耐火材料生產(chǎn)最廣泛使用的方法。這種生產(chǎn)骨科的方式對(duì)保證耐火材料顯微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性非常不利。其一，對(duì)于某一種粒度范圍內(nèi)的實(shí)際粒度分布是不控制，也是無(wú)法控制的。試驗(yàn)證明，在一定的條件下，3-1mm的顆粒中2-1mm的顆?？烧嫉?0%-70%，而在另一個(gè)條件下，2-1mm的顆粒只占到30%-40%。破碎得到的顆粒粒度尺寸分布與破碎材料的種類(lèi)、機(jī)器設(shè)備的類(lèi)型、加料方式以及篩分設(shè)備與工藝有密切關(guān)系。因此，耐火材料廠所使用的骨料的實(shí)際粒度分布是未知的、不穩(wěn)定的。耐火材料顯微結(jié)構(gòu)的控制與穩(wěn)定是很難實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，這種骨料的生產(chǎn)方式對(duì)原料制造廠也不利。因?yàn)闉榱松a(chǎn)某一種粒度范圍的顆粒同時(shí)會(huì)生產(chǎn)其他粒度的顆粒，而這些粒度的顆粒又不是買(mǎi)家所需要的，造成成本提高與資源浪費(fèi)。另一方面，顆粒的形狀也與破碎物料的種類(lèi)、設(shè)備以及破碎工藝相關(guān)，在實(shí)際生產(chǎn)中難以控制。
上述傳統(tǒng)耐火材料骨料的生產(chǎn)方法很難實(shí)現(xiàn)對(duì)耐火材料顯微結(jié)構(gòu)的精細(xì)控制。因此，提出了一種球形骨料的生產(chǎn)方法。生產(chǎn)出不同粒徑的球形顆粒作為骨料。目前已完成A12O3含量為88%和86%的礬土熟料以及莫來(lái)石的球形顆粒的工業(yè)試生產(chǎn)，生產(chǎn)了粒度分別為8mm、5mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm和0.2mm的各種球形顆粒。實(shí)際上，各種組成與粒度的鋁硅系球形顆粒骨料的生產(chǎn)都是可能的。利用莫來(lái)石-高硅氧玻璃球形顆粒，進(jìn)行了一次制作輕質(zhì)材料的探索性研究，發(fā)現(xiàn)在顆粒之間形成了很好的莫來(lái)石相。
應(yīng)該指出，用球形骨料制造的耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)可能與用傳統(tǒng)骨料制得的耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)有一定差別。它們的結(jié)構(gòu)、性能以及它們之間的關(guān)系尚有待深入研究。
耐火材料輕量化
所謂耐火材料的輕量化，就是要在保證使用壽命的前提下，減少耐火材料的體積密度。其目的有三個(gè):其一是減少單位體積耐火材料用量以降低耐火材料消耗;其二是降低耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)以減少工業(yè)爐的能耗;其三是降低耐火材料熟料的燒成溫度，減少CO2的排放并降低成本。耐火材料骨料的存在主要是為了提高耐火材料的強(qiáng)度與抗熱震性。骨料與基質(zhì)的體積密度與氣孔率相差較大。基質(zhì)的氣孔率通常在10%-20%之間，而骨料的氣孔率在3%-5%左右?；|(zhì)是耐火材料最脆弱的部分。渣的滲透首先沿基質(zhì)滲透。渣會(huì)繞過(guò)骨料向耐火材料內(nèi)部滲透，形成變質(zhì)層。骨料會(huì)與變質(zhì)層一起剝落進(jìn)入渣中。因此，骨料太高的致密度也許是不必要的。
耐火材料熱震破壞的原因是在熱應(yīng)力作用下，裂紋在基質(zhì)中產(chǎn)生并擴(kuò)散。當(dāng)擴(kuò)展裂紋碰到一個(gè)骨料時(shí)，只要骨料強(qiáng)度足夠，裂紋就會(huì)彎轉(zhuǎn)，增加擴(kuò)散途徑而消耗能量，提高耐火材料熱震穩(wěn)定性。從理論上講，只要骨料的強(qiáng)度高于基質(zhì)，就可以阻止裂紋通過(guò)骨料擴(kuò)散，因此，骨料強(qiáng)度沒(méi)有必要過(guò)高。
渣蝕與熱應(yīng)力是耐火材料蝕損的兩個(gè)重要原因。過(guò)高的骨料體積密度是不必要的。可以通過(guò)降低骨料體積密度來(lái)降低耐火材料的體積密度與導(dǎo)熱系數(shù)，以達(dá)到降低耐火材料消耗與節(jié)能減排的目標(biāo)。
由此可見(jiàn)，過(guò)度追求骨料的高密度與高強(qiáng)度，死燒熟料是不必要的。不僅造成原料廠家的成本上升，而且增加能耗與CO2的排放量。適當(dāng)減少骨料的密度，特別是對(duì)于不和渣接觸的耐火材料，是有意義的，是可以探索的。這一點(diǎn)不僅需要耐火材料生產(chǎn)企業(yè)、還需要耐火材料使用企業(yè)的理解與支持。
隨著我國(guó)發(fā)展模式的調(diào)整，我國(guó)耐火材料工業(yè)遇到很大困難，但也是個(gè)機(jī)會(huì)。我們必須改變傳統(tǒng)的思維方式，以適應(yīng)“新常態(tài)”。從技術(shù)角度上看，也要放棄一些原有思想與概念，探索新思路，來(lái)降低成本、節(jié)約能耗與保護(hù)環(huán)境。
評(píng)論區(qū)
