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太原高科:纳米耐材,让“中国智造”给世界一个惊叹

2015-09-16 11:54:50 丨 文章来源: 中国网

    

    曾经,在外国人的眼中,长久以来中国市场给人带来的印象就像是一座为全球公司生产和加工产品的“大工厂”,各种贴着“中国制造”标签的产品从这里走向海外市场,却几乎没有什么东西带有自主创意和领先优势。

但在今天,这种情况已经开始发生改变。我们可以自豪地说,既可以产出优质的“中国制造”,更可以创出独特的“中国智造”,像中国高铁、激光技术、航天技术、沙漠治理技术、超级稻……

如今,“中国智造”行列中又增添了一个全新的面孔——纳米耐火材料。在许多业内人士的认识中,耐火材料已发展到相当成熟的地步,想百尺高竿、更进一步,谈何容易?然而,当发明人高树森和太原高科纳米耐火材料有限公司成功将纳米技术嵌入耐火材料中,向世界宣告纳米耐火材料的正式“出炉”,既吸引了业界惊叹的目光,又向世界展示了中国尖端科技的卓尔不群和独领风骚。

中国是拥有举世闻名四大发明的文明古国、创新国度,也是经济发展跃居“世界第二”的大国,如今正行进在中华民族伟大复兴中国梦的道路上,这不得不说,中国人的智慧和创造力是让世界刮目相看的,也不得不说,是硬梆梆、响当当的前沿科技、前沿产品撑起了中国硬实力。

走近敢“吃螃蟹”高树森,走近“纳米耐材教父”高树森,走近中国纳米耐材“梦工厂”太原高科,走近那一群为事业和工作而披肝沥胆、全心付出的太原高科人,你会有收获、有感动、有感悟、有振奋,还有对民族工业的自信心和自豪感。

互联网中的“独此一家,别无分店”,告诉了我们什么?

当今是互联网思维、互联网当道和互联网拥有绝对信息优势的时代。那么请看,在网上搜索耐火材料,各类信息琳琅满目,铺天盖地,毕竟这早不是什么新鲜事儿了。然而,如果在耐火材料前面加上“纳米”这两个字,输入“纳米耐火材料”,就会有令人吃惊的发现。

一惊在于:遍寻国内外关于“纳米耐火材料”的报道和信息,不是没有较为详细的内容,就是一些行业专家、研究人员发布的一些概念、研讨性的东西,属于还在“想象阶段”“口头阶段”。

二惊在于:由高树森和太原高科缔造的纳米耐火材料,在网上有大量的信息,并且相关的国家授予的专利号也能清楚明白地查找出来,这表明纳米耐火材料不是浮在空中,而是真正地“落地了”。这同时也告诉世人,纳米耐材是填补行业世界空白的,也是太原高科“独此一家,别无分店”的!

这时,有人不禁急欲想知道,高树森究竟是何路高人,太原高科是怎样的企业?在细化市场越来越吃香的今天,纳米耐材的“一枝独秀”究竟意味着什么?在我国经济体制改革“市场在资源配置中起决定性作用深化”背景下,太原高科又有怎样令人期待的前景?

 据了解,太原高科在1989年的雏形,只是一家简易的小型耐火材料厂。后在1992年经山西省高新技术委员会认定、国家太原高新技术开发区管委会批准,正式成立太原高科耐火材料有限公司。

 25年时间,一个企业能发生怎样的变化?太原高科所呈现的“前进路线图”说明了一切。

——坚信“技术是王道”,始终紧牵科研的“牛鼻子”,是太原高科打造核心实力的一大秘诀。

 太原高科建立了耐火材料生产厂和专门的耐火材料技术研究中心。这个技校研究中心在短短几年内不断打造“升级版”,先是被太原市科技局批准成为太原市耐火材料行业工程技术研究中心,之后被山西省科技厅批准成为耐火材料行业工程技术研究中心,在2009年又被山西省认定为企业技术中心担负着耐火材料行业关键技术的研发和创新工作,真正跻身于工业大省山西耐火材料研究领域的“领头羊”。

 ——打造“产学研链条”不放松,形成良性发展与循环局面。太原高科深知,一个企业的成功,很多时候不能光靠“单兵作战”,更需“联合作战”,同时还要及时将科技成果转化为产品、转化为生产力,这样才能无人才、技术、产品及资金之虞,实现快速发展、高效发展。

多年来,太原高科与国内多所研究院所、高等院校在产品开发、技术交流等领域建立长期的合作关系,使公司在新产品技术性能、使用性能、技术储备等方面不断创新,形成了产学研联盟,具备研究、开发、生产高技术特种耐火材料能力,形成了自主研发、自主创新和自我实现产业化的良性循环。经过20多年的发展,在实现了公司的管理升级和稳步、持续、快速发展的同时,确立了以“以科研为依托,市场为导向”的科技兴企的发展战略。

 目前,太原高科已通过了ISO9001—2000国际质量体系认证和ISO14001:2004环境管理体系认证,被山西省科委确定为“山西省科技先导型企业”、太原市科技局授予“太原市科技创新示范单位”、太原高新区授予“十佳技术创新项目企业”及“质量管理先进企业”。

 最近,中国耐火材料行业协会授予太原高科耐火材料有限公司、山西省耐火材料工程技术研究中心“行业纳米耐火材料产业化示范基地” 的称号,迈上了又一新的高峰。

——着眼市场需求“跑步前进”,发挥行业龙头企业“榜样效应”。太原高科人深知,市场需求是第一信号,为什么许多用户看好太原高科的产品,依赖太原高科的产品,这不无说明产品本身的“含金量”和特殊价值,说明这里的产品在强手如林的市场竞争中有自己的特色、品牌和他处不具备的优势。

太原高科围绕产能与市场需求的矛盾,迅速完成战略布局,2005年在阳曲县投资8000余万元,建设了总占地面为150多亩的现代化工厂和企业技术研发中心。大快人心的是,该项目被列为山西省“1311”重点工程、高科技产业化项目及山西重点引进关键科技开发项目,“政府挂牌”无疑又为企业发展带来难能可贵的条件和机遇。

“新工厂于2006年竣工投入生产,特种高效不定形耐火材料年产能5.5万吨。”高树森如是说。

是高树森成就了太原高科,同样,也是太原高科成就了高树森。如今,高树森身上已不仅仅是一家企业掌门人这样简单的标签,而是众人眼中“纳米耐材教父”级的人物,为我国耐火材料的“脱胎换骨”作出不可磨灭贡献的时代英雄。

高树森目前的身份,包括山西省耐火材料工程技术研究中心主任兼首席专家,中国节能协会玻璃窑炉专业委员会副主任委员,工业和信息化部科技人才专家库专家,教授级高级工程师,耐火材料行业专家。他主持多项重点热工工程项目,研究开发自主创新多种耐火材料高新技术产品和特种功能性耐火材料,曾斩获全国科学大会奖,部级、省市级科学技术成果奖和新技术推广奖。

 纳米技术与耐火材料“联姻”,是如何实现的?

在揭开纳米耐材的神秘面纱之前,我们不妨再重温一下纳米技术和耐火材料这两个概念。

纳米技术,也称毫微技术,是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。美国西北大学化学教授查德·米尔金说,“无论什么东西,一旦微缩到100纳米以下就会呈现全新的特性,世间万物皆如此”。

纳米科技以空前的分辨率为我们揭示了一个可见的原子、分子世界。这表明,人类正越来越向微观世界深入,人们认识、改造微观世界的水平提高了前所未有的高度。有资料显示,2010年,纳米技术将成为仅次于芯片制造的第二大产业。

有专家表示,21世纪的纳米科学技术正在成为推动世界各国经济发展的主要驱动力之一。未来20—30年,纳米科学技术有望广泛应用于信息、能源、环保、生物医学、制造、国防等领域,产生新技术变革,促进传统产业改造和升级,并形成基于纳米技术的战略新兴产业。

我国对纳米科技高度重视。国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》部署了四大研究计划,纳米研究位列其中。在纳米科技已成为许多国家提升核心竞争力的战略选择时,中国也正力图通过纳米技术展现“中国智造”的价值与实力。

再看许多人眼中并不陌生的耐火材料。耐火材料是钢铁、有色金属、建材、石化、能源、环保、电子、国防等基础工业领域重要的基础材料,是高温工业热工设备不可缺少的重要支撑材料,与钢铁等高温工业的技术发展相互依存互为促进。

自2001年以来,在钢铁、有色、石化、建材等高温工业高速发展的强力拉动下,耐火材料行业保持着良好的增长态势,已成为世界耐火材料的生产和出口大国。2011年中国耐火材料产量约占全球的65%,产销量稳居世界耐火材料第一。

但不得不指出的是,中国耐火材料企业众多,企业规模、工艺技术、控制技术、装备水平参差不齐,先进的生产方式与落后的生产方式共存。行业整体清洁生产水平不高,节能减排任务艰巨。

    随着“十二五”期间,中国加快淘汰落后及高能耗产能,行业将重点开发和推广新型节能炉窑,开发综合节能技术,开展能源管理,“三废”的排放控制和“三废”资源化回收利用等。致力于用后耐火材料资源化和再利用,减少固废排放,提高资源的综合利用率,全面推进节能减排。

中国耐火材料行业协会于2006年牵头制定了具有行业“风向标”意义的《耐火材料产业发展政策》,其中指出,坚持科学发展观,走新型工业化道路,树立全面、协调、可持续发展的观念,继续加强和改善宏观调控,发展耐火材料工业,使我国耐火材料行业从生产、消耗、出口大国转变为综合竞争能力达到国际先进水平的耐火材料强国。而目标是:中国钢铁工业耐火材料单耗约为每吨钢消耗25公斤左右,到2020年降至15公斤以下。2020年中国耐火材料更长寿、更节能、无污染、功能化的产品有大幅度提高,产品满足冶金、建材、化工以及新兴产业等国民经济发展需要,提高出口产品的技术含量。

耐火材料如何才能满足国家和时代的需求?技术水平如何才能实现本质意义的提升?高树森带领太原高科找到了一个“切入口”,那就是开发纳米耐火材料。

“纳米耐火材料是以纳米粒子为核心,由耐火材料颗粒相和基质粉料、结合剂及外加剂等组成的纳米结构基质相两大相构成。少量的纳米结构基质的理化性能成为决定整个耐火材料性能的重要基础。对纳米耐火材料而言,纳米‘结构基质’是其关键环节,研究纳米耐火材料的结构基质的组成、结构和特性;对纳米耐材在产业化生产工艺的关键环节进行研究;对纳米耐材在各种高温工业中使用及其损毁机理进行研究。纳米耐火材料的开发不仅从根本上改变了耐火材料的组织结构(包括宏观结构和微观的显微结构),而且还能改变耐火材料的功能特性,提高耐火材料的理化性能指标以及在使用中的高寿命性与抗损毁性。”谈起自己深耕细作的“一亩三分地”,高树森如数家珍。

为了破解难题,高树森带领科研人员开展了多方面的探索与尝试,并且在此工作基础上还进行了多方位的专题研究与开发。研究结果表明,采用纳米技术制备的纳米陶瓷粉体材料所具有的功能特性,在纳米耐火材料领域中应用都能够充分的显示出来,这就使纳米耐火材料研究开发变成现实与可能,还说明了纳米粒子在耐火材料领域中应用范围非常广泛。

在一年的时间里,高树森就有4项纳米耐火材料发明专利项目公布,这些“联姻”问世的发明专利,向世界昭告了耐火材料可以是纳米级的强音,同时,也演绎了不同凡响的“高科速度”“高科效应”。

纳米耐材“发明群”,向行业变革释放出哪些信号?  

有道是:外行看热闹,内行看门道。在普通人看来,高树森的纳米耐材专利“发明群”,只是一些专业性强的术语、拗口语,但在行业专家、“明眼人”看来,这深知其中的“含金量”“含新量”以及对行业变革带来的巨大推动作用。

据了解,高树森申报的七项纳米耐火材料发明专利项目,分别是:纳米复合氧化物陶瓷结合铝-尖晶石耐火浇注料及其制备方法(专利号:ZL200810079392.X);纳米Al2O3薄膜包裹的碳-铝尖晶石耐火浇注料及其制备方法(专利号:ZL200810079799.2);纳米Al2O3、MgO复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:CN 101544505A);纳米Al2O3、MgO薄膜包裹的碳-尖晶石镁质耐火浇注料及其制备方法(专利号:ZL 200910136836.3);纳米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C质耐火浇注料及其制备方法(专利号:ZL200910223490.0);纳米SiO2、CaO复合陶瓷结合硅质耐火浇注料及其制备方法(专利号:ZL201010165554.9);矾土基纳米复合氧化物陶瓷结合Al2O3-MgO-C不烧制品及其制备方法(专利号:ZL201010608883.6)。

    这些发明专利项目,涉及耐火材料的主要品种和类型,如酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料、耐火氧化物材料、高温复合材料,以及定型耐火材料、不定形耐火材料,发明专利均已授权或公布,并经有关部门严格筛选后评定,被列为年度国家重点发明专利项目、并纳入国家发明专利实施转化项目中。

有专业人士表示,纳米耐火材料系列发明专利的公布,是纳米技术和纳米材料在耐火材料领域中成功应用的重要标志,同时也是纳米技术和纳米材料在传统产业中自主研发、自主创新的重要发展方向,为钢铁等高温工业的发展、高新技术及新型产业经济发展的转变,提供了不可或缺的条件和重要契机。“这同时也告诉行业内一些精英们,谁走在了行业发展前列,谁把握住了行业变革脉博,谁就可能实现先一步做大做强。”

这里有实际为证。其一是硅质纳米耐火材料系列专利产品,包括纳米硅质耐火浇注料、纳米硅质热修补可塑料、纳米硅质泥浆、纳米硅质不烧硅砖、纳米硅质密封及保温料等。这类纳米硅质系列产品共同的特点是:有特殊高的耐高温性质、抗热震性和高温体积稳定性,并且该系列产品在高温玻璃熔窑、高风温热风炉、焦炉等应用取得了意想不到的特殊使用效果。然而,这类纳米硅质系列产品中有60%以上是以使用后拆炉的废硅砖作原料,利用天然矿和废旧再生料及纳米技术制成的硅质热修补料,用于玻璃熔窑损坏部位的热态修补,在高温下能与原砖“熔接”,产生陶瓷结合,具有硬化速度快、结合强度高、耐高温性好等特点。该技术在玻璃熔窑上的成功应用,避免了冷修产生时大面积拆迁造成的耐火材料的浪费,同时节约了冷窑后升温过程的能源损失,节能降耗意义重大。

其二是采用纳米系列耐火材料对高温工业窑炉实施不停炉热修补工程。太原高科在太钢集团公司第二炼钢厂80t钢包和180tLF精炼炉中实施套修补,使钢包和精炼炉衬使用寿命达1000-2000炉次,达到所谓“永久内衬”的使用目的。所谓“套修补“就是炉衬使用一个炉役后,将剩余残衬不做拆除,而是将包衬表面钢渣清理后重新支模,使残存内衬成为表层套浇基础,续浇后进行简单烘烤并投入使用。这样即使“废料”得到充分有效利用,又能做到节省劳力、改善工作环境,促使循环经济健康发展。

纳米耐材的划时代意义,究竟体现在哪里?

一项拥有巨大价值和作用,真正经得起历史和现实检验的创新成果,注定会引起不寻常的“连锁反应”,体现出不寻常的时代意义。

纳米耐材,正是其中的一个异数。

    首先,从耐火材料发展史的纵向坐标看,中国在4000多年前就使用杂质少的粘土作耐火材料,粗放式地制造陶瓷产品等,随着科学技术的不断发展进步,20世纪初,耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展,同时出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维。现代,随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展,具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了应用。

但不论耐火材料如何发展,纳米级的却始终是一片“处女地”。如今,纳米耐材破天荒地横空出世,无疑是一个新概念,是一个“里程碑”,也是耐火材料发展史之大事、幸事。

其次,从耐火材料现状的横向坐标来看,纳米耐材犹一匹“黑马”,具有不可比拟的优势,一是性能优越,上文的有关介绍便可窥斑见豹;二是符合国家形势和当前低碳节能、绿色环保、发展循环经济的大趋势、大潮流。纳米材料产业是我国“十二五”时期战略性新兴产业之一,由于重要的战略地位以及之于国民经济的重要性,其重大的经济增长点令人看好。纳米耐材巅覆了传统耐材的诸多缺陷与不足,是政策的“宠儿”,时代的“骄子”,在国策的“护航”下,将对低碳环保的贡献不言而喻;三是迎合了市场的迫切需求,带来了不可估量的“产业富矿”。当今是一个变革的时代,也是需要商家不断观察和迅速出击的时代,纳米耐材市场所呈现的“大蛋糕”,正是商家所密切关注的。换句话说,纳米耐材必将搅动市场“一池春水”。

再次,纳米耐材是中国科技结晶的又一得意之作,展现了“中国智造”的实力。国家之间实力的竞争,说到底是科技的竞争,谁拥有科技上的绝对优势,谁就能挺直腰杆站在前台说话。备受媒体和国人关注的李克强总理在世界经济舞台上扮演“超级推销员”角色,正是基于对产业、对技术的自信。李克强总理“推销”的领域包括能源、农产品、旅游、高铁、人民币乃至电影等方面,其情其景,无不令中华儿女动容和自豪。如今,我国开了纳米耐材先河,掌握了纳米耐材技术和产品的绝对拥有权,无疑又是科技实力的象征,又是让国人值得自豪的事。

此外,我国拥有丰富的耐火原料资源,尤其是高铝矾土、菱镁矿、石墨,为纳米耐材的发展提供了坚强的后盾。我国高铝矾土探明储量约为10亿吨(主要分布在山西、河南、贵州),居世界首位,与圭亚那、巴西共为世界矾土资源大国。我国菱镁矿蕴藏量约30亿吨(主要在辽宁、山东),占世界1/3,其他主要蕴藏国为俄罗斯和奥地利。磷片状石墨则以我国最丰富(主要在黑龙江、山东),储量1.4亿吨,其次为加拿大。它们的加工产品——矾土熟料、镁砂、鳞片状石墨均为优质耐火制品的重要原料。

“仓中有粮,心中不慌。”发展纳米耐材的前方和后方,都具备了足够的资本和筹码,让纳米纳材在世界舞台上叱咤风云,并不遥远,实可期待。