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2023年度省级科技进步奖参评项目简介

2023年度省级科技进步奖参评项目简

科技进步奖推荐号:206-405


项目名称 一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料
提名单位(专家) 秦皇岛市开发区科技局
项目简介

       通过在钢铁厂实地调研,对多个样本进行分析,研究冶金钢铁高温、高压工艺管道,特别是炼铁高炉送风管系中的隔热材料普遍存有在高温区域易焚化、脱落、使用寿命短、工艺管道外壁温度高、漏风等严重缺陷,这些缺陷制约着炼铁装备系统连续作业,致使炼铁高炉休风率不稳定。究其原因,主要是由于隔热材料在原料配比和施工工艺步骤方面均存在诸多不足与陈旧之处,导致目前所用隔热材料的性能满足不了现代日益发展的炼铁高炉工艺技术要求。
       由于在高炉炼铁生产上采取了精料及喷吹煤粉等措施,加上工艺水平的提高,保证了高炉的稳定运行,为高炉接受高风温奠定了基础。
       冶金炼铁装备中,送风支管在炼铁工艺管道中,是将热风炉加热的1250~1350℃的热空气送入高炉的主体装置。根据我国对传统送风支管用耐火材料破坏机理的调查和研究结果分析可知,送风支管耐火材料破坏主要集中在高风温区。因此,对高风温区用耐火材料除必须控制其化学指标外,还要求耐火材料具有较高的荷重软化点,优越的高风温体积稳定性,较强的耐化学侵蚀和耐气流冲刷的能力。对采用高温特性较好的优质高铝、低蠕变的耐火材料,由于其具有容量大、价格低,对生产厂家而言其经济效益显著,所以低蠕变高铝质耐火材料一时成为送风支管耐火材料的首选产品和研发目标。从理论上讲,通过调整膨胀剂的配比、粒度等可以生产任何蠕变要求的耐火材料。然而,当耐火材料生成莫来石的反应结束时,其抵缩作用就随之失效,抗蠕变能力大大降低。

       本项目在送风系统用基础结构材料基础上,经过科学配置对其进行高抗裂低热导节能陶瓷基复合材料制备和相关深加工产品的实施技术研发与应用,实现高炉送风系统工艺管道配置共性基础材料产业化,使我国冶金炼铁高温工艺管道配管技术装备达到国际领先水平,推进高性能复合耐火材料的应用和技术进步,快速形成最具市场竞争力的高性能隔热新材料产业化。本项目研发的高抗裂低热节能导陶瓷基复合材料如应用于上千座高炉的工艺管道特别是送风装置系统中,所形成的需求量可达万吨以上,有望使高炉炼铁行业节省的成本可以达到数百亿元/年,同时可大幅度减少碳排放量和热能损失。以实现钢铁行业增效节支、资源再生以及“碳达峰、碳中和”的控制目标。
       项目主要针对目前国内市场普遍采用的冶金炼铁装置系统用隔热陶瓷内衬材料存在的易开裂、阻热性差以及不耐热风冲刷等缺点,基于材料复合设计理念,系统开展了新型高抗裂低热导节能陶瓷基复合材料的研发工作,项目以氧化铝空心球、硅微粉等低导热材料为主体,以耐火纤维为增强相,辅以高性能无机粘结剂及其他改性助剂,设计高抗裂低热导复合陶瓷材料配方,并建立数字程控制备与48h内高温固化的工艺,获得能够耐1300℃与高温热风冲刷且抗热震性能优良的复合陶瓷内衬材料,导热系数降低20%,12个月使用期限内无径向贯穿裂纹。

主要完成单位及创新推广贡献

       项目主要完成单位为秦皇岛ROYAL皇家88管业有限公司,负责项目总体设计及组织实施,主要针对国内市场普遍采用的隔热材料存在易开裂、阻热性差以及不耐热风冲刷等缺点,基于材料复合设计理念,经过科学配置对其进行高抗裂低导热陶瓷基复合材料制备和相关深加工产品的实施技术研发与应用。主要贡献:
       1、项目成果“高抗裂低热导陶瓷基复合材料”不仅可以解决高温管道系统柔性管件的热防护问题,还可以进一步推广应用于其他需要热防护的装置上,显著减少能源损失。
        2、实现高温管道柔性管件系统用高性能陶瓷基复合材料的产业化,为我国冶炼领域高温工艺管道装备和工艺管道配管技术高质量发展的增效节支、节能环保以及综合技术水平提升做出重要贡献。

       3、形成具有较强市场竞争力的高温工艺管道和柔性管件系统产品。推动我省高性能复合新材料产业建设,实现经济社会高质量发展提供有力支撑。
应用情况及效益情况

        项目在充分考虑当前炼铁高炉耐火材料技术的基础上,成果在大型钢铁冶金企业高炉中进行了推广应用,取得了良好的经济和社会效益。项目为首钢京唐、张家港华盛等各大冶金钢铁企业提供配套运用,至今产品运行状态稳定,效果明显,深受车间检修和操作人员好评。

        项目不仅可以解决高温管道系统柔性管件的热防护问题,还可以进一步推广应用于其他需要热防护的装置上,显著减少能源损失。项目实施对我国高温工艺管道和柔性管件的高效、节能、长寿命运行提供了重要的技术支撑,对我国高温管道领域的技术进步和不定形耐火陶瓷材料的高质量发展具有重要意义。
主要知识产权和标准规范等目录

       发明专利《一种冶金隔热耐火材料及制备方法》、发明专利《一种热风主管弯头通用焊接工装》、发明专利《一种高炉送风系统管道部件压力检测机》、发明专利《一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬及制备方法》、实用新型专利《一种热风主管弯头焊接的通用工装》、实用新型专利《一种用于高炉送风口设备喷煤系统的弹子阀》、实用新型专利《用于高炉煤气管网眼镜阀的波纹膨胀节安装结构》、实用新型专利《一种安全节能的高炉送风装置直吹管》。
       马才政. 试论高炉送风装置的焊接工艺.中外企业家,2020,1000-8772.

       已形成企业标准Q130301 QBGY0012-2019《高炉进风装置用金属波纹管补偿器》标准,并被河北省市场监督管理局授予“2020年企业标准领跑者”称号。
主要完成人情况表(排名、姓名、技术职称、工作单位、对本项目技术创造性贡献、曾获奖励情况)
排名 姓名 技术职称 工作单位 完成单位 贡献 曾获奖情况
1 孟宪春 高级工程师 秦皇岛ROYAL皇家88管业有限公司 秦皇岛ROYAL皇家88管业有限公司        作为项目主持人全面负责该课题的设计、实施和总结。在该项目的3个主要技术创新点中,对第 1、2、3点技术做出了创造性贡献,获得专利1项,该项目总工作量占到本人工作量40%。支持本人贡献佐证材料有专利。 2013 年秦皇岛市科技进步奖。
2 李飞 研究员 上海交通大学材料学院 秦皇岛ROYAL皇家88管业有限公司        负责项目技术方案设计、需求分析,在该项目的3个主要技术创新点中,对第1、2、3点技术做出创造性贡献,参与本项目专利1件,该项目的总工作量占到本人工作量的40%,支持本人贡献佐证材料有专利。

2020年教育部技术发明一等奖;

2021年上海产学研合作优秀项目特等奖。

3 马才政 高级工程师 秦皇岛ROYAL皇家88管业有限公司 秦皇岛ROYAL皇家88管业有限公司        负责项目技术总体研发工作,在该项目的3个主要技术创新点中,对第2、3点技术做出创造性贡献,该项目的总工作量占到本人工作量的15%,支持本人贡献佐证材料有专利、论文。
4 路思明 工程师 秦皇岛ROYAL皇家88管业有限公司 秦皇岛ROYAL皇家88管业有限公司        负责项目实施及推广工作,对第3点技术做出创造性贡献,该项目的总工作量占到本人工作量的5%,支持本人贡献佐证材料有专利、检测报告、客户使用报告。
完成人合作关系说明
       在项目设计开发过程中孟宪春负责该课题的设计、实施和总结。在该项目的3个主要技术创新点中,对第1、2、3点技术做出创造性贡献,为项目第一完成人。在创新点1中,孟宪春与李飞有明确合作,在创新点2中孟宪春与李飞、马才政有明确合作,在创新点3中孟宪春与李飞、马才政、路思明有明确合作。其中孟宪春与李飞、路思明等人获得发明专利1项。
完成人合作关系情况汇总表
序号 合作方式 合作者 合作时间 合作成果 备注
1 发明专利 孟宪春、李飞、路思明 2021年3月 一种高抗裂低导热陶瓷基复合材料内衬及制备方法 发明专利
2 检测报告 李飞、马才政、路思明 2022年 国家耐火材料质量检验检测中心检验报告  



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