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這兒的人和材料都可“能耐” 告訴你啥比真金還不怕火煉

2016-04-11 11:38:23 作者：本網整理來源：

　　3月30日，我國在西昌衛星發射中心用長征三號甲運載火箭，成功發射了第22顆北斗導航衛星。

　　普通人在看是否成功發射、是否精彩，而位于洛陽的先進耐火材料國家重點實驗室的工程師們，卻在關注火箭防氧化、耐高溫適用的耐火材料。耐火材料種類繁多，不僅是火箭，包括人造藍寶石、鋼鐵冶煉等關鍵環節，都離不開先進耐火材料制品。

　　他們做研究每天消耗“30公斤牛肉”

　　“終于等到你……兄弟們，看看咱們的專利申請證書。”3月20日，科研項目組組長孫紅剛博士興奮地把發明專利證書發給了閆雙志、譚清華等7名伙伴。他們團隊的發明叫“一種梯度功能的釔穩定氧化鋯耐火制品”。氧化鋯耐火制品作為藍寶石長晶爐爐襯材料,孫紅剛團隊的發明有效提高了寶石長晶爐用氧化鋯制品的使用壽命和藍寶石生產品質。

　　他們所在的先進耐火材料國家重點實驗室（以下簡稱實驗室），于2010年12月17日正式獲科技部批準，依托中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司（簡稱中鋼洛耐院）建設。2013年8月23日，實驗室通過了科技部組織的專家驗收。

　　現在，孫紅剛團隊主要從事氧化鋯等先進耐火材料研究。氧化鋯是目前最強的耐火材料，具有高硬度、高強度、高韌性、極高的耐磨性及耐化學腐蝕性等優良的物化性能，已經在航空航天、國防軍工、原子能等領域獲得廣泛的應用。

　　做這項研究每天需要消耗大概30公斤的氧化鋯。工程師們需要通過對氧化鋯樣品的反復試驗，得出最佳的耐高溫屬性，進而設計出最適合工業生產的產品。

　　在孫紅剛看來，氧化鋯每公斤的價格在40元到50元，和牛肉價格差不多。算下來，每天他們要“吃掉”30公斤“牛肉”，折合成人民幣就是1000多元錢。

　　他們眼光“毒” 究竟啥材料能入“眼”

　　耐火材料研發主要是通過研究耐火材料耐高溫、耐沖刷、耐侵蝕等性能，為煉鋼廠、發電廠等高溫工業提供服務。

　　那么何為耐火材料，什么樣的耐火材料才是先進耐火材料呢？研究先進耐火材料的意義在哪兒？

　　據實驗室工程師介紹，一般耐火材料指的是耐火度不低于1580℃的一類無機非金屬材料。耐火度是指耐火材料錐形體試樣在沒有荷重情況下，抵抗高溫作用而不軟化彎倒的攝氏溫度。先進耐火材料包括各種功能耐火材料、高性能不定形耐火材料和新型耐火材料等，目前先進耐火材料耐火度能達到2500℃。

　　高溫工業主要是指鋼鐵冶煉等行業，“高溫工業技術的進步對耐火材料也提出了更高的要求”，中鋼洛耐院研發中心副主任、重點實驗室聯系人曹喜營博士告訴東方今報記者，先進耐火材料的研發生產正是為了滿足這種要求。

　　他們很“摳門” 進口貨不如自己做

　　“國外設備之所以貴，一是性能比較高，二是外殼看上去漂亮。”實驗室工程師何濤說，以前耐火材料生產、檢測設備多是從外國進口，但有些實驗性能可能在使用過程中并不需要。比如，你拿60塊錢買的蛋糕和價值100塊錢的蛋糕比，口感和外形肯定是不一樣的，但它們有一點一樣，那就是都能填飽肚子。

　　在何濤看來，有些實驗的確需要進口設備才能完成，但并非所有實驗離了國外設備儀器后都不能完成研發。何濤說，現在國內生產的實驗設備，甚至實驗室研發的設備，就已經能夠替代進口設備。比如，何濤開發的“高溫彎蠕變試驗機”，就為窯具生產實現工藝進步提供了支撐。

　　何濤說，假設進口的設備精度誤差能達到不超過千分之一，國產的能達到誤差不超過千分之十，在實際應用中，部分實驗設備精度誤差能達到千分之十就夠用了，那么我們花那么多外匯買個好看卻沒有必要的儀器干嗎呢？而且，國外儀器不僅購買起來貴，使用起來也貴。如果進口設備出了故障，需要國外專家來修，設備也需要搬遷。而由于是精密儀器，為了保證移動不損壞，需要外國專家過來做方案現場指導，這些都需要付費，而且要價不低。

　　2013年春節前后，實驗室有3臺德國進口大型設備需要拆解后搬遷，德國專家指導一臺設備搬遷的報價就要8萬元人民幣。

　　“搬個設備就要給他們24萬元。”何濤覺得這錢要是給了太虧了。最后，他和實驗室的黃振武教授一起，花了3000元錢自己設計出一套搬遷用具，把幾臺大型設備一起搬到了新的實驗室中。

　　耐火材料能干啥？

　　助力PM2.5治理這個可以有

　　無論是研發耐火材料還是研發耐火材料設備，以前的成果已經實實在在應用在生產中，實驗室對難題的攻克仍在進行之中。

　　比如對低碳超低碳耐火材料碳結構調控機理研究。

　　由于對鋼液不增碳、抗侵蝕性好、導熱性低等一系列優點，低碳耐火材料是含碳耐火材料未來的發展趨勢，但低碳耐火材料抗熱震性差、抗渣滲透性不足限制了該類材料的進一步推廣應用。實驗室以此為契機，先后投入了100多萬元進行低碳耐火材料的研究開發，使低碳耐火材料的抗熱震性和抗渣滲透性得到了有效提升。

　　再比如紅外高發射率節能涂料的開發和應用，節能涂料產品的節能效果是由納米陶瓷涂層的性能所決定的，涂層的開裂和老化（涂層的使用壽命）一直是困擾行業科研工作者的首要問題，實驗室研究團隊通過不懈努力，成功開發出了使用溫度高、壽命長、節能效果明顯的紅外高發射率節能涂料產品，并將這些產品應用到陶瓷輥道窯、軋鋼加熱爐以及耐火材料燒成窯上，其節能效率達10%左右，可有效改善窯爐溫度均勻性，提高產品質量和窯爐的生產效率及減少廢氣排放、降低空中PM2.5含量等。

　　煤氣化技術是煤炭清潔利用的核心技術，它是將煤在高溫下直接轉化為可利用的天然氣，而這一過程是在煤氣化發生爐中完成的。

　　氣化爐內同時存在高溫、高壓和液態的煤渣，液態的煤渣會與氣化爐內襯耐火材料發生化學反應，逐漸造成耐火材料的損毀。現有氣化爐內襯耐火材料的使用壽命不超過兩年，而為了達到氣化爐的高效、連續運行，企業期望耐火材料能夠使用三年以上。實驗室通過研究氣化爐煤渣與耐火材料相互作用機制，進行耐火材料的長壽化設計和綠色環保型耐火材料的開發，從而促進我國煤氣化技術的快速發展。

　　據實驗室工程師介紹，針對該項目的研究，實驗室還自主設計了一臺國內唯一的多因素抗渣實驗爐，克服了國內現有設備在實驗可靠性上存在的局限，在耐火材料性能測試、理論研究等方面發揮了重要的作用。

　　接下來，實驗室將重點研究的領域有節能耐火材料、高效長壽耐火材料、環境友好耐火材料等。

　　河南耐火材料啥水平？

　　科研水平全球領先

　　全球的煤化工70%在中國，煤化工行業中需要廣泛應用耐火材料，國內耐火材料的研發在全世界是排在靠前位置，而河南在耐火材料行業又處于全國領先地位，洛陽耐火材料研究所（中鋼洛耐院前身，簡稱洛耐所）正是在這種環境下，不斷取得科研成果的。

　　據了解，當初洛耐所能落戶河南，洛陽有高溫工業基礎是原因之一。當時洛耐所只做耐火材料技術研究和耐火材料檢測設備設計，不參與產品生產。

　　1999年洛耐所改制成科技企業之后，“不僅需要做產品生產研發，還需要開拓市場”。市場的充分競爭，使得實驗室不僅在科研上成績斐然，也讓產品應用更適應市場需求。

　　如今，實驗室不僅研發先進耐火材料產品，還參與耐火材料的應用基礎研究、表征方法和標準研究，以促進和支撐具有高效、功能化、節能、環保特點的先進耐火材料發展。

　　近幾年，實驗室最有影響力的成果當數“耐火材料高溫耐磨性研究”，這項成果讓實驗室首次作為國際耐火材料試驗方法標準項目（ISO 16349）召集人制定國際標準，也體現出實驗室在全球耐火材料行業的領先地位。

　　“這項國際標準制定后，國內廠家可以根據它做日常生產，并且在接到出口訂單時不用再修改生產工藝和流程。”參與此項研究的實驗室教授級高級工程師石干告訴記者。

　　這事兒靠耐火材料成嗎？

　　每天都在研究耐火材料性能的工程師們，對隔溫耐火材料有著自己的想法。