引言

实现“碳达峰、碳中和”，是党中央、国务院作出的重大战略决策，是推动实现高质量发展的内在要求。高耗能行业是国民经济的重要组成部分，也是推动“双碳”工作的重点难点行业，在此背景和行业特点下，耐火材料企业和水泥企业在新产品研发、工艺的升级改造方面都在积极发力，也开发出了一系列节能降耗的新产品。因此，在本文中，阐述了耐火材料生产的主要装备和智能制造关键技术，提出了耐火材料智能制造的发展建议。

1耐火材料制造现状

1.1回转窑用耐火材料

传统石灰回转窑砌筑常采用镁铝质烧成砖或不烧砖砌筑结构，该材料及砌筑结构导热系数高，回转窑筒体外表温度在300℃以上，能耗极高。该砌筑结构不稳定，常出现抽签、剥落、掉砖甚至坍塌现象，具有极大的安全隐患。国内不少石灰生产线投产不到3个月即发生塌窑事故。回转窑窑口部位冷热交替频繁，物料持续撞击与冲刷，使该部位耐火材料经常出现剥落现象，进而破坏钢构件，需要经常进行停窑检修。

1.2转运溜槽用耐火材料

传统转运溜槽及下料漏斗部位采用低水泥浇注料整体浇注或小砖砌筑结构，难以达到烘烤条件，强度低、耐磨性差。该部位物料持续撞击与冲刷，使该部位耐火材料经常出现剥落现象。

1.3预热器用耐火材料

大部分预热器料仓、分仓隔墙采用浇注料现场浇注施工，预热器内部结构较为复杂，空间狭小，现场支模施工困难，浇注料流动不到位，容易造成的空洞现象。因此，施工时常通过增加加水量来提高浇注料的流动性，但是加水量的增加会大大降低材料的耐磨性，直接影响到浇注料的使用性能，造成该部位耐火材料的使用寿命较短，满足不了使用要求，影响生产率。

2耐火材料智能制造关键技术

2.1原料智能仓储立体库

传统的原料仓库管理一般为了利用空间，将包装好的原料层层叠放，不仅存在安全隐患，而且长期受压后细粉容易板结，影响产品质量。原料智能仓储立体仓库相比于传统的仓库，很大程度利用上了垂直空间布局。由主体由货架(用于储存货物)、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。管理上采用仓储控制系统进行控制。因此，具有柔性搬运、智能分流、码垛拆垛快速等特点，可实现存储自动分配、先进先出原则、实时库存查询;货物库存预警提示、配料仓低位联动提示;进出货物日、月、年报表的生成。引入智能仓储立体库后，不仅可以充分利用空间，还可以实现仓储管理的智能化。所有原料都进行编码，并放置在独立位置上。原料的编码唯一，对到货、上架、拣货、补货、发货和盘点等每一流程动作精准记录，实现对库存货物的批次、保质期等的精细化管理。

2.2自动配料系统

传统的手工配料计量方法存在人工配料繁琐、出错率高、配料数据不便记录、配料效率低、劳动强度大等缺点。为摆脱手工操作的束缚，开发了自动配料系统，即一种在线测量动态计量系统，由储料、给料、称量、混合和输送系统组成。根据配方要求，先常规计算各原料所需质量，再控制移动配料称量车，自动在多个料仓下完成计量配料，到每个排料口自动卸料。控制室内采用工控计算机及PLC自动控制系统，移动配料称量车上安装有称重专用控制仪表和电子秤，上、下位机之间通过通讯线连接。整个配料线状态在工控计算机屏幕上可一目了然，系统还可记录打印各次配料结果，打印日报表、月报表，系统可存储多个配方。因此，自动配料系统具有配料精度高、生产效率高、产品质量稳定等特点，配料过程中自动密封对接入料口、出料口，避免扬尘。目前在耐火材料企业得到大力推广，配料周期最快可达2～3min。同时配料系统数据库可与企业EＲP系统连接，实现配料计划任务管理、料仓库存和物料消耗量管理。无人搬运车(简称AGV)，安装了光学自动导引装置，在规定的导引线路行驶，具有安全保护以及各种移载功能，具有快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。配料系统配制好物料后，自动向AGV小车发出信号，AGV小车接收信号后将配好的物料送至成品库或睏料房。

2.3成型自动化生产线

成型生产线包括混料→物料输送→物料称重→布料→压制成型→出砖→质检和码垛等工序。传统的物料称重、布料、出砖、质检和码垛等都需要人工进行，劳动强度大，生产效率低，质量也得不到保证。而自动化生产线将以上工序全部实现自动化，基本上没有人的参与，极大提高了生产效率和产品质量。自动化生产线的关键装备包括混料机、自动称重布料机、全自动压力成型机、自动检测系统和自动码垛系统(机器人)等。该机器人也可用于烘干窑和高温窑的耐火砖装窑和出窑的码垛，进而替代人工，消除人工劳动的不确定因素，易于实现流水化作业，效率高。

2.4全自动温控超高温隧道窑

使用新型自动化超高温隧道窑烧成耐火材料是目前最为经济和效率最高的生产方式，其中窑内压力控制、温度控制及温度均匀化对产品质量起着重要作用。近年来随着传感技术、大数据技术的深入应用，通过在窑内各作业段装置温度传感器和气压传感器实时传输至控制中心，利用大数据建模，根据气氛智能调节助燃空气与燃料的比例，通过传感器连接控制系统动态调整窑内压力和温度，使其达到工艺范围内的温度和压力的均匀化。通过大数据分析，根据烧成品种不断优化数据模型，可有效提升产品质量，降低能耗，节省人工成本，提升科学化、智能化管理水平。

2.5生产过程的智能在线检测

通过对生产过程的实时检测，能够及时发现和拣出缺陷产品，防止进入下一个生产环节。通过智能在线检测技术的应用，能够有效地降低原料浪费。例如，耐火砖的外部和内部缺陷检测。例如耐火砖自动化探伤仪，利用超声波原理，配合机械手完成自动探伤，避免了原始的人工敲击法，不仅探测速度快，还能一次性完成探伤，准确判断层裂位置，尤其是对镁碳砖的检测。

2.6服役过程的智能在线监测

作为高温装备的保护炉衬，耐火材料在现场服役过程中经受高温、高温熔体或熔渣的侵蚀和渗透、高温介质的冲刷和磨损等作用，会逐渐损毁而失去保护作用。炉衬损毁后如果不及时采取措施处理，如重新制作或进行修补等，高温熔体或熔渣、高温介质等就会对高温装备产生损伤，严重时甚至造成安全事故。通过耐火材料炉衬的在线监测，及时掌控炉衬状态，既可以保障高温作业的安全性，还可以基于服役大数据对耐火材料炉衬的优化设计给出指导。例如，在出铁沟外部钢壳划定网格，在网格节点上布置一定数量的温度传感器，通过监测钢壳节点温度变化，依据建立的热传递模型，计算残存沟衬厚度;也可以基于红外(IＲ)成像系统测量高温容器外壳温度，再计算出耐火材料残衬厚度。

3发展建议

3.1智能制造的发展方向

智能制造的发展方向包括:产品智能化、装备智能化、车间智能化、工厂智能化。全自动的智能设备只是耐火材料智能制造的一小部分。耐火材料的智能化需要先完成生产装备的自动化、测量仪表的数字化、生产实际的数字化、上下游工序的互联、生产线之间的信息互联，最终才是智能化。多数耐材企业对智能制造认识有待提高，缺乏明确的战略规划，路径不清晰;缺乏精通耐火材料工艺、企业管理和信息技术专业的人才。智能制造是一个庞大的系统工程，涉及资金、技术、人才等各个方面，从自动化、数字化到智能化，企业需要理性规划、持续提高，实现智能制造的目标，每个企业甚至同一企业不同工序的智能化水平都存在差异。因此，耐火材料企业不能急功近利，一哄而上，需根据自身特点，理性认识，分步实施，有序推进，最终实现整个产业流程的智能化升级。耐火材料智能制造具有以智能化耐火材料工厂为载体，以关键制造环节智能化技术为核心，以端到端数据流为基础，以网络互联为支撑等特征。耐火材料产业智能制造的核心技术、管理要求、主要功能和经济目标，体现了耐材产业智能制造对于我国耐材行业、高温工业转型升级和可持续发展的重要作用。

3.2智能制造的发展建议

一是要有统一的耐火材料管理理念，更加注重新型耐火性材料的性能和使用条件，将耐火材料的使用管理作为水泥窑工艺管理的重要环节，回转窑产质量的管理和耐火材料的使用要一体化管理，避免造成耐火材料的非正常损坏；二是使用的原燃材料要保持稳定，尽量控制有害成分，防止结皮、副窑皮的产生；三是处理危废垃圾的生产线要与耐火材料生产厂家及时沟通，在耐火材料的配置方案上及时调整。同时，耐火材料生产厂家也要加强技术攻关，通过结构优化，形成科学温度梯度，将不同种类材料限定在其许用温度和强度范围内，在高温高负荷的使用条件下，各种材料能够发挥所长，绝热材料能够得到更好的保护，整体性能更加安全稳定。

结束语

耐火材料行业要抓住实现双碳目标的机会，完成行业自身产业升级和结构调整，推进绿色智能化改造，切实落实好各项规划政策。在技术上，从节约资源和减排的角度出发，提高矿物原料直接使用和替代原料的使用占比，改进产品结构，推广智能制造技术的应用，进一步提高行业产业集中度和创新能力，实现向高质量发展的转变。

参考文献

［1］周宁生，李纪伟，于仁红，等．绿色耐火材料的理念与实践［J］．耐火材料，2010，44(3):161－170．

［2］徐平坤．耐火材料循环利用的意义与发展［J］．再生资源与循环经济，2018，11(5):24－28．

［3］钱永祥．耐火预制件在水泥窑中的应用［J］．水泥工程，2020，4:40－42．