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    2023年度省級科技進步獎參評項目簡介

    2023年度省級科技進步獎參評項目簡

    科技進步獎推薦號:206-405


    項目名稱 一種高抗裂低導熱陶瓷基復合材料
    提名單位(專家) 秦皇島市開發區科技局
    項目簡介

           通過在鋼鐵廠實地調研,對多個樣本進行分析,研究冶金鋼鐵高溫、高壓工藝管道,特別是煉鐵高爐送風管系中的隔熱材料普遍存有在高溫區域易焚化、脫落、使用壽命短、工藝管道外壁溫度高、漏風等嚴重缺陷,這些缺陷制約著煉鐵裝備系統連續作業,致使煉鐵高爐休風率不穩定。究其原因,主要是由于隔熱材料在原料配比和施工工藝步驟方面均存在諸多不足與陳舊之處,導致目前所用隔熱材料的性能滿足不了現代日益發展的煉鐵高爐工藝技術要求。
           由于在高爐煉鐵生產上采取了精料及噴吹煤粉等措施,加上工藝水平的提高,保證了高爐的穩定運行,為高爐接受高風溫奠定了基礎。
           冶金煉鐵裝備中,送風支管在煉鐵工藝管道中,是將熱風爐加熱的1250~1350℃的熱空氣送入高爐的主體裝置。根據我國對傳統送風支管用耐火材料破壞機理的調查和研究結果分析可知,送風支管耐火材料破壞主要集中在高風溫區。因此,對高風溫區用耐火材料除必須控制其化學指標外,還要求耐火材料具有較高的荷重軟化點,優越的高風溫體積穩定性,較強的耐化學侵蝕和耐氣流沖刷的能力。對采用高溫特性較好的優質高鋁、低蠕變的耐火材料,由于其具有容量大、價格低,對生產廠家而言其經濟效益顯著,所以低蠕變高鋁質耐火材料一時成為送風支管耐火材料的首選產品和研發目標。從理論上講,通過調整膨脹劑的配比、粒度等可以生產任何蠕變要求的耐火材料。然而,當耐火材料生成莫來石的反應結束時,其抵縮作用就隨之失效,抗蠕變能力大大降低。

           本項目在送風系統用基礎結構材料基礎上,經過科學配置對其進行高抗裂低熱導節能陶瓷基復合材料制備和相關深加工產品的實施技術研發與應用,實現高爐送風系統工藝管道配置共性基礎材料產業化,使我國冶金煉鐵高溫工藝管道配管技術裝備達到國際領先水平,推進高性能復合耐火材料的應用和技術進步,快速形成最具市場競爭力的高性能隔熱新材料產業化。本項目研發的高抗裂低熱節能導陶瓷基復合材料如應用于上千座高爐的工藝管道特別是送風裝置系統中,所形成的需求量可達萬噸以上,有望使高爐煉鐵行業節省的成本可以達到數百億元/年,同時可大幅度減少碳排放量和熱能損失。以實現鋼鐵行業增效節支、資源再生以及“碳達峰、碳中和”的控制目標。
           項目主要針對目前國內市場普遍采用的冶金煉鐵裝置系統用隔熱陶瓷內襯材料存在的易開裂、阻熱性差以及不耐熱風沖刷等缺點,基于材料復合設計理念,系統開展了新型高抗裂低熱導節能陶瓷基復合材料的研發工作,項目以氧化鋁空心球、硅微粉等低導熱材料為主體,以耐火纖維為增強相,輔以高性能無機粘結劑及其他改性助劑,設計高抗裂低熱導復合陶瓷材料配方,并建立數字程控制備與48h內高溫固化的工藝,獲得能夠耐1300℃與高溫熱風沖刷且抗熱震性能優良的復合陶瓷內襯材料,導熱系數降低20%,12個月使用期限內無徑向貫穿裂紋。

    主要完成單位及創新推廣貢獻

           項目主要完成單位為秦皇島北方管業有限公司,負責項目總體設計及組織實施,主要針對國內市場普遍采用的隔熱材料存在易開裂、阻熱性差以及不耐熱風沖刷等缺點,基于材料復合設計理念,經過科學配置對其進行高抗裂低導熱陶瓷基復合材料制備和相關深加工產品的實施技術研發與應用。主要貢獻:
           1、項目成果“高抗裂低熱導陶瓷基復合材料”不僅可以解決高溫管道系統柔性管件的熱防護問題,還可以進一步推廣應用于其他需要熱防護的裝置上,顯著減少能源損失。
            2、實現高溫管道柔性管件系統用高性能陶瓷基復合材料的產業化,為我國冶煉領域高溫工藝管道裝備和工藝管道配管技術高質量發展的增效節支、節能環保以及綜合技術水平提升做出重要貢獻。

           3、形成具有較強市場競爭力的高溫工藝管道和柔性管件系統產品。推動我省高性能復合新材料產業建設,實現經濟社會高質量發展提供有力支撐。
    應用情況及效益情況

            項目在充分考慮當前煉鐵高爐耐火材料技術的基礎上,成果在大型鋼鐵冶金企業高爐中進行了推廣應用,取得了良好的經濟和社會效益。項目為首鋼京唐、張家港華盛等各大冶金鋼鐵企業提供配套運用,至今產品運行狀態穩定,效果明顯,深受車間檢修和操作人員好評。

            項目不僅可以解決高溫管道系統柔性管件的熱防護問題,還可以進一步推廣應用于其他需要熱防護的裝置上,顯著減少能源損失。項目實施對我國高溫工藝管道和柔性管件的高效、節能、長壽命運行提供了重要的技術支撐,對我國高溫管道領域的技術進步和不定形耐火陶瓷材料的高質量發展具有重要意義。
    主要知識產權和標準規范等目錄

           發明專利《一種冶金隔熱耐火材料及制備方法》、發明專利《一種熱風主管彎頭通用焊接工裝》、發明專利《一種高爐送風系統管道部件壓力檢測機》、發明專利《一種高抗裂低導熱陶瓷基復合材料內襯及制備方法》、實用新型專利《一種熱風主管彎頭焊接的通用工裝》、實用新型專利《一種用于高爐送風口設備噴煤系統的彈子閥》、實用新型專利《用于高爐煤氣管網眼鏡閥的波紋膨脹節安裝結構》、實用新型專利《一種安全節能的高爐送風裝置直吹管》。
           馬才政. 試論高爐送風裝置的焊接工藝.中外企業家,2020,1000-8772.

           已形成企業標準Q130301 QBGY0012-2019《高爐進風裝置用金屬波紋管補償器》標準,并被河北省市場監督管理局授予“2020年企業標準領跑者”稱號。
    主要完成人情況表(排名、姓名、技術職稱、工作單位、對本項目技術創造性貢獻、曾獲獎勵情況)
    排名 姓名 技術職稱 工作單位 完成單位 貢獻 曾獲獎情況
    1 孟憲春 高級工程師 秦皇島北方管業有限公司 秦皇島北方管業有限公司        作為項目主持人全面負責該課題的設計、實施和總結。在該項目的3個主要技術創新點中,對第 1、2、3點技術做出了創造性貢獻,獲得專利1項,該項目總工作量占到本人工作量40%。支持本人貢獻佐證材料有專利。 2013 年秦皇島市科技進步獎。
    2 李飛 研究員 上海交通大學材料學院 秦皇島北方管業有限公司        負責項目技術方案設計、需求分析,在該項目的3個主要技術創新點中,對第1、2、3點技術做出創造性貢獻,參與本項目專利1件,該項目的總工作量占到本人工作量的40%,支持本人貢獻佐證材料有專利。

    2020年教育部技術發明一等獎;

    2021年上海產學研合作優秀項目特等獎。

    3 馬才政 高級工程師 秦皇島北方管業有限公司 秦皇島北方管業有限公司        負責項目技術總體研發工作,在該項目的3個主要技術創新點中,對第2、3點技術做出創造性貢獻,該項目的總工作量占到本人工作量的15%,支持本人貢獻佐證材料有專利、論文。
    4 路思明 工程師 秦皇島北方管業有限公司 秦皇島北方管業有限公司        負責項目實施及推廣工作,對第3點技術做出創造性貢獻,該項目的總工作量占到本人工作量的5%,支持本人貢獻佐證材料有專利、檢測報告、客戶使用報告。
    完成人合作關系說明
           在項目設計開發過程中孟憲春負責該課題的設計、實施和總結。在該項目的3個主要技術創新點中,對第1、2、3點技術做出創造性貢獻,為項目第一完成人。在創新點1中,孟憲春與李飛有明確合作,在創新點2中孟憲春與李飛、馬才政有明確合作,在創新點3中孟憲春與李飛、馬才政、路思明有明確合作。其中孟憲春與李飛、路思明等人獲得發明專利1項。
    完成人合作關系情況匯總表
    序號 合作方式 合作者 合作時間 合作成果 備注
    1 發明專利 孟憲春、李飛、路思明 2021年3月 一種高抗裂低導熱陶瓷基復合材料內襯及制備方法 發明專利
    2 檢測報告 李飛、馬才政、路思明 2022年 國家耐火材料質量檢驗檢測中心檢驗報告  



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