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我国耐火材料工业的主要发展历程和取得的进步 --写在纪念钟香崇院士诞辰100周年之际(之二)

李庭寿王泽田

“八五”“九五”期间,是我国耐火材料快速发展的重要时期,主要体现在以下几个方面:

钢铁工业的新发展给耐火材料提出了更高要求

改革开放后,国家转向以经济建设为中心,经济建设开始步入快速发展轨道。1980年全国粗钢产量达到3700万吨,但是在产品数量、品种、质量3个方面满足不了国民经济发展的需要。冶金部加快了引进国外先进技术与装备的步伐,加大改造力度,发展复吹转炉、连铸、连轧等技术。“六五”“七五”期间,新建了首钢210t转炉、太钢50t转炉、重钢50t转炉、大冶钢厂50t电炉、沙钢70t电炉等项目。冶金部引进或通过引进消化吸收国产化自主改造建设了一批LF、VD、DH、RH、VOD、AOD等炉外精炼装备和共计约77台连铸机。冶金部于1978年12月份动工建设全面引进日本、德国和美国先进技术与设备的宝钢一期工程,1985年9月份建成投产,有4063m3高炉一座、300t氧气转炉3座。1984年10月份,宝钢二期工程开始建设、并于1991年建成投产,新建了一座4063m3高炉和两套从日本引进的1900mm板坯连铸机。天津无缝钢管公司从德国、意大利和美国成套引进了150tUHP电炉、LF精炼炉、VD真空炉和四流圆坯连铸机等主体设备,于1989年6月份开始建设,1992年12月份投产。宝钢一期二期和天津无缝钢管等工程的建成投产,标志着我国具有了20世纪80年代末世界一流水平的大型现代化的钢铁联合企业和电炉短流程钢厂。1992年全国粗钢产量为8094万吨,转炉钢占比为61.3%(顶底复吹转炉钢占比为8.8%),电炉钢占比为21.7%,连铸占比为30%。

引进建设的先进钢铁厂,连同主体设备一起也配套引进了关键耐火材料。这期间,冶金部也为宝钢等工程配套引进或改造建设了一些重要的耐火材料生产线,如辽镁公司5万吨高纯镁砂生产线、热风炉用耐材生产线、转炉用烧成油浸镁白云石砖生产线、钢包用滑板生产线、连铸用水口生产线等;但是,配套购买的国外耐火材料用完后,使用国产耐火材料,无论是品种还是质量都远远满足不了钢铁生产需要。例如,从日本引进建设投产后的青岛耐火厂的连铸三大件生产线,浸入式水口只能满足连铸连浇平均3.88炉,但是宝钢投产后生产要求连铸连浇6炉~8炉,宝钢不得不高价进口浸入式水口。宝钢投产初期,转炉炉衬设计采用烧成油浸镁白云石砖,后来改用镁碳砖全靠从日本进口,一套炉衬花外汇80多万美元,且炉龄平均才800炉左右。由于国内耐火材料满足不了这些先进钢铁企业的生产要求,在当时国家外汇十分紧张的情况下,不得不花费大量外汇“买砖”。仅宝钢投产初期,每天就需要花费10余万美元购买进口耐火材料,暴露出了国内耐火材料与国外先进水平有相当大的差距,严重拖了钢铁工业生产发展的“后腿”。这充分凸显了耐火材料的重要性,表明钢铁工业的发展离不开耐火材料。耐火材料的问题不仅耐火材料行业的从业人员深感着急,也引起了高层领导(冶金部领导甚至国家领导人)的重视。这是耐火材料能够在国家“八五”科技计划中单独立项的一个重要因素。

1996年我国粗钢产量首次超亿吨达到1.0124亿吨,首次成为世界产钢第一大国。冶金部在“八五”期间,大力推动炼铁高炉长寿化和炼钢、连铸、精炼“三位一体”向全连铸、高效连铸发展;推广转炉溅渣护炉技术;淘汰落后,冶炼设备向大型化发展。这期间,冶金部又引进新建了一批具有国际先进水平的纯净钢冶炼、板坯、圆坯和薄板坯连铸连轧等板管带生产线。例如,珠江钢厂150tUHP电炉+150tLF精炼炉+CSP工艺、包钢高炉+210t复吹转炉+200tLF精炼炉+CSP工艺、邯钢高炉+120t转炉+120tLF精炼炉+CSP工艺等三条薄板坯连铸连轧生产线;宝钢三期工程引进建设了2座250t复吹转炉、1座150t双炉壳直流电炉、1台6流圆坯连铸机、两台1450mm双流板坯连铸机等世界先进的技术与装备;武钢引进建设了3200m3高炉+250t转炉+板坯连铸机等现代化的第三炼钢厂。至20世纪90年代末,建设或引进建设投产的UHP电炉超过30座,其中有5座ABB式带底吹系统的DC电炉(2座100t、2座60t、1座70t),底阳极是导电耐火材料。为了提高焦炭质量,也陆续引进建设了宝钢4×75t*h-1、首钢1×65t*h-1等干熄焦装置。引进的这些国际先进的钢铁制造技术和干熄焦装置等,所需要的许多耐火材料品种是以前我国没有的,全靠进口。与钢铁行业一样,建材、轻工等行业也引进建设了技术先进的大型干法水泥窑、浮法玻璃窑、陶瓷窑、彩色显像管玻璃窑等新型窑炉,所需要的耐火材料大部分也依靠进口。

钢铁等高温工业技术装备的快速发展,给耐火材料提出了更新更高的品种质量要求。耐火材料行业仅靠一个“八五”计划的科技攻关,远不能解决主要关键问题,必须通过“九五”计划继续组织引进技术消化吸收、国产化的科技攻关,使耐火材料的品种质量迅速跟上钢铁等高温工业的发展步伐,彻底扭转我国耐火材料工业的落后状态。

“八五”“九五”期间,耐火材料工业实现了跨越式发展

耐火材料属无机非金属材料范畴,是钢铁等高温工业的关键基础材料;同时,耐火材料作为一门应用性很强的学科,其本身是随着钢铁等高温工业生产装备和工艺技术的发展而发展的。钢铁、建材、轻工等行业,尤其是钢铁工业在20世纪的最后10余年期间,通过引进先进技术装备迅速上了一个大台阶,许多还是跨代引进,国内耐火材料行业短期内“很不适应”,许多品种没有,已有的少部分品种与国外的相比质量有明显的差距。因此,必须依靠国家支持,根据钢铁等高温工业发展需求,组织全行业进行科技攻关。通过对引进产品、技术的消化吸收,依据我国有丰富的高铝矾土、菱镁矿、白云石、石英、石墨等耐火资源的特点,开发出具有我国特色的优质系列耐火原料、优质系列产品和自主工艺技术并形成生产能力,替代进口,实现国产化,改变我国是耐火资源大国但是原料质量档次落后、耐火材料品种质量和生产工艺、装备落后的状态,跟上钢铁等高温工业不断发展的步伐并满足需求。

在冶金部(局)领导和国家计委、国家经贸委领导的支持下,在钢铁工业快速发展带动推动下,在本文作者等的努力争取和组织下,高举“钟香崇先生这杆大旗”,抓住了20世纪最后两个五年计划的历史机遇,为耐火材料行业争取到了历史上最多的共计六个国家级重大科技项目(包括工业性试验项目、科技攻关项目、工程研究中心、“一条龙”项目等)和最多的经费支持(财政拨款+技改专项贴息贷款)。这些项目分别是:

(1)国家计委国家“八五”重点工业性试验项目——青海卤水镁砂工业性试验项目。主要任务目标是:开发利用青海格尔木盐湖镁资源,解决高档镁碳砖用高纯大结晶镁砂(MgO)原料等。

(2)国家计委国家“八五”重点科技攻关计划——“优质耐火材料生产技术研究”。主要任务目标是:解决长期制约耐火材料品质的“原料不精、工艺装备落后”的两大薄弱环节,研发出钢铁、建材、轻工等高温工业急需的关键耐火材料品种,并形成生产能力,实现国产化,节约外汇等。

(3)国家经贸委“炉外精炼技术专用耐火材料”“八五”重大引进技术消化吸收“一条龙”子项目。主要任务目标是:依托炉外精炼技术与装备的引进消化吸收国产化,研发出LF、VD、RH、VOD、AOD等炉外精炼装备用关键耐火材料并形成生产能力,实现国产化,节约外汇等。

(4)国家计委“耐火材料国家工程研究中心”项目。主要任务是:依托洛阳耐火材料研究院,建设工程化研究、验证的设施,建立技术创新、成果转化的机制,对行业重大科技成果进行系统化集成和工程化研究,促进科技成果转化和技术进步。

(5)国家计委国家“九五”重点科技攻关计划—“特种耐火材料制品开发”。主要任务目标是:结合我国耐火资源特点,研发出具有我国特色的优质耐火材料新品种、新工艺以及关键技术、关键设备,形成生产能力,并进行应用和推广,实现钢铁、建材、轻工等高温工业用耐火材料的国产化,促进品种结构和工艺装备优化发展,使我国耐火材料工业的整体水平从攻关前的20世纪80年代初中期水平,提高到20世纪90年代后期的国际先进水平,许多方面争取达到21世纪初国际领先水平。

(6)国家经贸委“干熄焦技术专用耐火材料”“九五”重大引进技术消化吸收“一条龙”子项目。主要任务目标是:以武钢7#、8#焦炉140t*h-1干熄焦装置、马钢5#、6#焦炉125 t*h-1干熄焦装置建设工程为示范工程,开发出成套系列耐火材料,实现国产化,形成自主生产工艺技术,在武钢、马钢、宝钢、通钢、莱钢、攀钢等10余家的国产化干熄焦建设工程上推广应用。

为了组织实施好得来不易的国家耐火材料科技攻关项目,解决耐火材料全行业的问题,冶金部高度重视。打破了部门框框,组织调动全行业的力量,由冶金部牵头主持,联合国家建材局、中国轻工总会共同组织实施了国家“八五”“九五”两个重点科技攻关项目。成立了以中国工程院院士、冶金工业部副部长殷瑞钰为顾问的领导小组(三部门主管同志为成员)和以中国科学院院士钟香崇先生为顾问的专家组。专家组由耐火材料行业知名专家、教授组成,王泽田、严行健教授为专家组组长。以钟香崇院士为首的专家们无私奉献,做了大量的工作,为科技攻关项目的出色完成做出了重要贡献。

这些国家科技项目由行业主管部门冶金部(局)主持,以解决行业(市场)急需的产品为目标,组织包括高校、科研、生产、用户等全行业的优势力量,采用“产学研用”四位一体的方式,瞄准引进的和国外最先进的产品与技术,根据我国耐火资源特点,实现了国产化并形成独具我国资源特色的生产工艺技术和关键装备,同时在许多重要前沿领域的研究也取得突破。通过这些国家科技项目的实施、带动和成果转化推广应用,我国耐火材料工业的整体水平从20世纪六十、七十年代的落后水平提高到了20世纪九十年代后期的国际先进水平,许多居当时的国际领先水平,实现了跨越式的重大发展,跟上了钢铁等高温工业快速发展的步伐,取得了巨大的经济与社会效益。钢铁、建材、轻工等行业用耐火材料95%以上实现了国产化,结束了大部分耐火材料靠进口的局面,而且开始向“从买进来到卖出去”的耐火材料强国转变。国外著名的耐火材料集团(公司)从过去高价卖“砖”给我们,开始纷纷到我国投资建立生产和研发基地。这期间,我国耐火材料行业的生产装备与技术、学科建设、人才培养以及科研院所和高校的综合实力等取得显著成效。全行业有上百个单位和数百名科技人员承担了这些科技项目的任务(项目或项目中的课题、专题等),形成了一批专利技术,发表论文、报告和出版著作合计超百篇(部),获得了上百项省部级和国家级科技奖项,培养成长了一大批行业领军的科技人才。可以说,“八五”“九五”两个五年计划,是我国耐火材料工业发展史上的重要机遇期,从20世纪进入21世纪的承上启下发展的关键转折期,具有里程碑意义。为进入21世纪后我国耐火材料工业的进一步发展提高及满足钢铁等高温行业的不断发展的需要奠定了坚实的基础。

冶金部领导对耐火材料在“八五”“九五”计划期间取得的成绩给予了高度的肯定、鼓励和表扬。1995年,在国家“八五”耐火材料科技攻关项目汇报报告上,冶金部副部长殷瑞钰院士批示说:“看了这个材料令人高兴,‘优质耐火材料生产技术研究’立题正确,工作进展有成效,有的已转化为生产力,而且在钢厂的使用过程中效果明显,经济效益也好,很值得肯定。请向从事这方面工作的同志表示祝贺和问候,希望继续努力,为取得进一步的成果和转化为实际生产力多做贡献(另外,希望适当做些宣传报道)”。1996年,冶金部副部长翁宇庆欣然为本文作者李庭寿等编著的《耐火材料科技进展》一书题写了书名。在2000年召开的全国耐火材料行业协会工作会议上,原冶金部副部长吴溪淳讲话指出:“没有耐火材料行业的发展,就没有今天的1.2亿吨钢;没有耐火材料行业的发展,就没有80%的连铸比;没有耐火材料的发展,就没有窑炉长寿”。

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