十二五我國耐材工業(yè)科研發(fā)展方向

   “十一五”期間，耐材行業(yè)取得許多令人矚目的成績，主要得益于高溫行業(yè)的快速發(fā)展。今后很長的一段時間內(nèi)，高溫工業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中仍占有重要地位。國家制定的十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃、低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和節(jié)能環(huán)保政策對高溫工業(yè)發(fā)展影響深遠(yuǎn)且意義重大。控制總量、淘汰落后產(chǎn)能、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)優(yōu)化升級和產(chǎn)業(yè)整合是今后高溫工業(yè)發(fā)展的方向，節(jié)能環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟(jì)已成為我國高溫工業(yè)由大做強的基本指導(dǎo)思想。高溫工業(yè)的發(fā)展方式和方向的轉(zhuǎn)變將會對耐火材料工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響，既帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又帶來向更高層次發(fā)展的新契機。

   耐材科技發(fā)展呈現(xiàn)新的特點
                          
  “十一五”期間，耐材工業(yè)自身可持續(xù)發(fā)展的重點是：以提高科技含量和服務(wù)增值為中心增強核心競爭力，實現(xiàn)耐材行業(yè)節(jié)能、環(huán)保和資源有效利用。當(dāng)前及今后一段時期，耐材工業(yè)進(jìn)入以科技引領(lǐng)的產(chǎn)品高技術(shù)含量和工程綜合技術(shù)服務(wù)配套的減量化發(fā)展階段，具體應(yīng)體現(xiàn)為：以鋼鐵等產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃和國家節(jié)能減排政策為指導(dǎo)，發(fā)展高效節(jié)能、功能化、長壽命和安全化的高性能先進(jìn)耐火材料，滿足所服務(wù)的高溫工業(yè)技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能減排的需要；發(fā)展高效節(jié)能耐火材料———在設(shè)計、生產(chǎn)、產(chǎn)品、使用四個方面都做到高效節(jié)能；發(fā)展耐火材料綜合優(yōu)化配置技術(shù)，充分發(fā)揮耐火材料的功能，實現(xiàn)消耗和排放的減量化；在高溫使用時以提高安全性為目標(biāo)，對耐火材料狀態(tài)進(jìn)行在線檢測，實現(xiàn)耐火材料安全化、智能化使用；發(fā)展環(huán)保生態(tài)型綠色耐火材料、提高耐火原料資源的有效利用、實施用后耐火材料再利用。
                          
   高溫工業(yè)的科技進(jìn)步是推動耐火材料發(fā)展進(jìn)步的原動力和重要基礎(chǔ)，耐火材料技術(shù)發(fā)展將與各高溫工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能降耗、環(huán)保和清潔生產(chǎn)、效率和能效的提高等緊密相關(guān)。“十二五”期間，耐材的科技發(fā)展將呈現(xiàn)新的特點，其基礎(chǔ)是提高產(chǎn)品品質(zhì)和應(yīng)用水平，重點是增加或強化新的內(nèi)涵，即節(jié)能環(huán)保和低碳。耐材科技發(fā)展的基本方向是以自主創(chuàng)新為基本出發(fā)點，走耐火材料設(shè)計和應(yīng)用科學(xué)化、制作、應(yīng)用精細(xì)化和綠色化、消耗減量化和資源節(jié)約化的一體化道路，推動研究開發(fā)再上更高水平。因此，應(yīng)著力加強計算機模擬、高溫模擬在內(nèi)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，重點關(guān)注節(jié)能、功能化的耐火材料的應(yīng)用性能提高和功能化的深度開發(fā)，以及綠色環(huán)保和資源節(jié)約化的可持續(xù)發(fā)展研究，從而實現(xiàn)以應(yīng)用基礎(chǔ)研究帶動耐火材料技術(shù)進(jìn)步，推動高效、低耗、功能化、節(jié)能環(huán)保、安全智能的先進(jìn)耐火材料的大力發(fā)展。

   耐材科技發(fā)展的主要方向：加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究，實現(xiàn)耐材設(shè)計科學(xué)化、精細(xì)化。

   高溫應(yīng)用模擬和計算機模擬是科學(xué)設(shè)計耐材的基礎(chǔ)和依據(jù)。耐材在高溫下經(jīng)受化學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等的疊加作用，致使材料在服役過程中結(jié)構(gòu)、性能發(fā)生衰退而終結(jié)使用壽命。因此，開展耐火材料在高溫服役條件下的物理化學(xué)行為研究，是揭示耐火材料高溫蝕損過程機制和影響因素，揭示耐材顯微結(jié)構(gòu)和性能與應(yīng)用效果的關(guān)系和開發(fā)耐材服役狀態(tài)下低損耗、功能化能力的有效手段。同一高溫裝置不同部位的耐材處于不同的服役環(huán)境，損毀過程和機制不同，損毀速度也不同步。另外，同一耐材制品的不同部位在服役時承受不同的溫度、應(yīng)力和不同侵蝕環(huán)境。因此，對耐材進(jìn)行選材、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計可獲得高溫裝置和服役材料應(yīng)用的長壽、高效、低消耗的良好效果。以計算機數(shù)值模擬和實驗?zāi)M為基礎(chǔ)，分析計算高溫容器耐材溫度場分布和應(yīng)力場分布，結(jié)合高溫模擬研究，開展耐火材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和在容器中配置的優(yōu)化設(shè)計研究，建立耐材配置化、結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)化、應(yīng)用價值最大化的理論基礎(chǔ)。

   加強組成—工藝—結(jié)構(gòu)—性能的精細(xì)化研究，創(chuàng)新材料性能和功能。
                          
   以耐火材料高溫行為研究為基礎(chǔ)的耐材功能化研究，是當(dāng)前耐火材料研究的前沿領(lǐng)域。采用計算機有限元模擬、細(xì)觀力學(xué)設(shè)計等對材料組成、結(jié)構(gòu)、工藝等進(jìn)行研究，精細(xì)合理設(shè)計，發(fā)掘或賦予原位形成耐火材料的特定使用功能，如耐材應(yīng)用狀態(tài)下的自修復(fù)功能、工作表面原位反應(yīng)自保護(hù)功能、潔凈鋼液功能、隔熱保溫功能等，實現(xiàn)耐火材料性能優(yōu)化、應(yīng)用科學(xué)化、智能化和使用消耗減量化。
                          
   研究耐材在高溫服役條件下通過自身內(nèi)部反應(yīng)實現(xiàn)使用性能提升的機制和實踐，研究梯度和復(fù)合耐火材料的組成、結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)，性能匹配和性能控制技術(shù)等。解決抑制耐火材料在服役中由于滲透變質(zhì)剝落、熱應(yīng)力等導(dǎo)致?lián)p毀的一些關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，改善使用性能，滿足高溫工業(yè)新工藝和新技術(shù)對耐火材料性能和使用壽命提出的更高或特殊的要求。

   加強高效隔熱耐材和綜合節(jié)能技術(shù)的開發(fā)，實現(xiàn)高溫窯爐節(jié)能最大化、輕量化。
                          
   隔熱耐材是我國耐火材料發(fā)展的一個薄弱領(lǐng)域，尚未取得關(guān)鍵性技術(shù)突破，影響了高溫窯爐熱效率的提高和高溫技能技術(shù)的發(fā)展。針對隔熱耐火材料整體落后、品種少、隔熱性能較差，不能滿足高溫設(shè)備裝置保溫、隔熱效果最優(yōu)化設(shè)計選材和節(jié)能運行的需要，須大力開展在隔熱耐材領(lǐng)域的共性關(guān)鍵技術(shù)和工程化研究。開發(fā)新型高效隔熱耐材制備的關(guān)鍵工藝技術(shù)，研究適應(yīng)不同使用溫度的低熱導(dǎo)率隔熱耐材及其制備和應(yīng)用技術(shù)，包括具有低熱導(dǎo)率新材料的組成、合成工藝研究、低熱導(dǎo)率新結(jié)構(gòu)隔熱復(fù)合耐材技術(shù)研究———微孔、超微孔結(jié)構(gòu)隔熱材料、納米結(jié)構(gòu)隔熱材料、高溫晶體纖維隔熱材料等，構(gòu)建系列高效隔熱耐火材料的技術(shù)基礎(chǔ)。同時，開展高溫裝置保溫隔熱材料優(yōu)化配置、高效燃燒新技術(shù)、配套高效蓄熱、換熱材料研究，以綜合節(jié)能技術(shù)全面提升高溫窯爐熱效率和節(jié)能水平。

   加強不定形耐材設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)研究，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。
                          
   不定形耐材生產(chǎn)工藝能耗低、低碳、高效，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)成為耐火材料的主體。在一定程度上不定形耐火材料的技術(shù)水平代表著行業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平。決定不定形耐材科技含量高低的主要因素為材料組成設(shè)計、添加劑的選擇、綜合性能控制和應(yīng)用技術(shù)水平的先進(jìn)與落后。針對我國不定形耐材發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，開展新型不定形耐材功能添加劑的開發(fā)研究、不定形耐材作業(yè)性能理論基礎(chǔ)研究，對發(fā)展高性能、長壽命、多功能新型不定形耐材及其施工技術(shù)等至關(guān)重要。
                          
   在不定形材料的研究中，輕質(zhì)不定形材料將成為隔熱耐材重點的發(fā)展領(lǐng)域。研究開發(fā)系列輕質(zhì)耐火原料，開展輕質(zhì)不定形材料組成結(jié)構(gòu)設(shè)計，不同使用溫度、不同使用條件下輕質(zhì)不定形耐材骨料、基質(zhì)、結(jié)合劑和隔熱性能、高溫性能的關(guān)系研究，輕質(zhì)不定形耐材作業(yè)性能和施工技術(shù)研究等，為推動輕質(zhì)不定形耐材在各領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

   加強耐火原料資源和環(huán)境方面的公益研究，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
                          
   合理利用資源、節(jié)約資源是耐火材料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務(wù)，我國在這些方面的研究投入較少，須加強耐火原料資源合理利用、用后耐火材料再利用、環(huán)境友好型耐材技術(shù)的研究。
                          
   做好廢棄耐火粉礦、低品位礦回收利用工作，開發(fā)用后耐材的綜合利用技術(shù)，每年不僅可節(jié)省數(shù)百萬噸的耐火原料，同時還可以減少礦物資源和能源消耗，減輕對耕地的占用和環(huán)境污染，有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。耐材行業(yè)須強化用后耐火材料資源化、工程化集成技術(shù)研究，如分類和揀選方法、除雜和均化處理方法，研究用后耐火材料資源化技術(shù)和再利用材料的加入量、粒度、制備參數(shù)等工藝對所制備耐火材料性能的影響；研究直接利用低品位礦、粉礦合成耐火原料的工業(yè)技術(shù)，如利用低品位鋁礬土礦合成莫來石原料以及輕質(zhì)莫來石原料，利用廢棄橄欖石、蛇紋石、滑石粉礦合成鎂橄欖石原料，研究利用廢棄粉礦制備不定形耐火材料等。
                          
   結(jié)合劑對耐火材料的性能和使用性能影響極大。與國外先進(jìn)國家相比，我國耐火材料行業(yè)對結(jié)合劑、成型助劑等方面的研究較少，特別是環(huán)保型結(jié)合劑的研究開發(fā)，須給予高度關(guān)注。
                          
   我國是世界最大的耐火原料和耐火材料生產(chǎn)、消費國，也是當(dāng)前世界最主要的研究耐火材料的國家。耐材行業(yè)應(yīng)把握全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢，研究高溫工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)發(fā)展方向，以及低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保政策給耐火材料工業(yè)發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)和機遇，加大行業(yè)研發(fā)投入，堅持自主創(chuàng)新，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，加大產(chǎn)業(yè)整合的力度，推動耐材科技繼續(xù)發(fā)展。

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