绿色环保耐火材料生产过程质量管控体系构建

孔松筠

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摘要

在“双碳”战略推进、工业制造绿色升级的背景下，传统耐火材料高能耗、高污染等缺陷逐渐凸显，绿色环保耐火材料成为相关高温窑炉行业的主流应用材料。目前国内多数耐材生产企业存在质量与环保管控脱节、全流程管控缺失等问题，既影响产品核心性能，也不满足最新的绿色产品评价标准要求。本文结合绿色耐火材料三类核心工艺的特点，剖析生产全流程中质量与环保管控的短板，从五大维度构建一体化质量管控体系，同时兼顾产品质量与全流程绿色低碳指标，解决耐材行业生产质量不稳定、环保压力大、能耗偏高等共性问题。研究显示，该管控体系可提升成品一次合格率，实现排放全面达标，提高固废综合利用率，达成产品质量稳定、生产过程绿色的双重目标，能为中小型绿色耐材生产企业提供可落地、低成本的质量管控方案。

关键词：绿色耐火材料；生产过程；质量管控；全流程管控；低碳生产；闭环追溯

一、引言

耐火材料是高温工业运行的基础配套材料，广泛应用于钢铁冶炼、水泥烧制、有色金属加工等核心工业领域，行业发展直接关联高温工业安全生产与节能降碳成效。传统耐火材料生产普遍采用高铝高铬配方，生产过程粉尘排放量大、窑炉烧成能耗高、废弃耐材无法回收利用，不符合当下工业绿色生产硬性标准。绿色环保耐火材料以无铬化、低能耗、固废再生、低污染物排放为核心特征，摒弃重金属原料，采用工业废弃耐材再生骨料、无机环保黏结剂，契合国家绿色产品认证与工业窑炉污染物排放管控要求。

二、绿色环保耐火材料生产工艺及管控现存问题

2.1 绿色耐火材料核心生产工艺流程

本次研究对象为定型绿色无铬耐火砖，主流生产流程分为五大核心工序：绿色原料筛选与配比→密闭式混炼搅拌→静压成型→节能窑炉高温烧成→成品冷却检测与仓储。相较于传统耐材，其核心差异为：采用再生废耐材骨料替代30%原生矿石、全程无有机有害黏结剂、窑炉采用蓄热式节能燃烧系统、全工序密闭除尘，核心管控指标分为产品质量指标（耐火度、常温耐压强度、抗热震稳定性、体积密度）和绿色生产指标（粉尘排放浓度、窑炉废气排放、生产固废回收率、单位产品能耗）。

2.2 生产全过程质量与环保管控现存短板

1. 原料准入管控宽松，绿色原料纯度不达标。再生骨料杂质含量把控不严，部分回收废弃耐材残留金属杂质、水泥结块，直接降低成品耐高温性能；同时未严格管控原料重金属含量，部分批次原料铬、铅元素超标，丧失绿色产品核心属性。
2. 工艺过程以人工管控为主，参数波动明显。混料时间、成型压力、烧成温度、升温降温速率多依靠操作工经验调节，无标准化参数阈值。尤其是烧成工序温度波动超过±15℃时，会直接出现砖体开裂、孔隙率超标等不可逆质量缺陷。
3. 质量管控与环保管控相互割裂。质检部门只检测成品物理性能，环保部门只监测废气粉尘排放，未统筹兼顾。例如为提升成品密实度增加粉料用量，直接导致车间粉尘排放量上升，无法实现质量与环保协同管控。
4. 过程检测缺失，事后整改成本偏高。企业仅开展成品末端抽检，工序中间无在线检测环节，前期工序出现的配比误差、成型缺陷，直至成品检测阶段才能发现，造成大批量原料与能源浪费。
5. 无完整闭环追溯体系。不合格成品无法精准定位缺陷产生工序、操作人员、工艺参数，同类质量问题反复出现，无法从源头根治管控漏洞。

三、全流程一体化质量管控体系构建

立足绿色耐火材料生产特点，遵循“源头防控、过程严控、末端核验、闭环追溯、绿质协同”五大原则，构建五层一体化质量管控体系，覆盖从原料入库到成品出库全生命周期，同步绑定产品质量指标与绿色生产指标。

3.1 第一层：原料源头准入管控，守住绿色与质量双底线

建立原料分级准入标准，区分原生高纯骨料、再生废耐材骨料、无机黏结剂三类原料检测指标。再生骨料入场必须检测杂质含量、重金属残留、颗粒级配三项指标，杂质含量不得高于1.2%，完全杜绝含铬原料入厂；严格固定原料配比阈值，再生骨料掺杂比例恒定控制在28%—30%，避免随意配比影响成品结构稳定性。同时建立原料供应商动态考核机制，每月根据原料合格率淘汰不合格供应商，从源头消除原料带来的质量与环保隐患。

3.2 第二层：工序过程标准化管控，固定核心工艺参数

针对四大核心生产工序制定刚性工艺参数标准，取消人工经验调节模式，接入自动化控制系统：一是混炼工序，固定搅拌时长8分钟、加水量5.5%，保证坯料均匀性；二是成型工序，静压成型压力统一设置为125MPa，避免压力不足导致砖体疏松、压力过大导致坯体开裂；三是烧成工序，采用三段式控温曲线，预热段升温速率3℃/min、恒温段保温温度1280℃、降温段匀速降温，全程温度波动控制在±5℃以内；四是冷却工序，采用自然缓冷模式，杜绝快速冷却引发的热应力开裂。同时每道工序设置岗位自检卡，操作人员实时记录工艺参数，做到工序可查。

3.3 第三层：绿质协同同步管控，打通质量环保壁垒

打破质量、环保部门独立管控模式，设立专职过程管控员，同步监测工序产品质量与生产排放指标。混料工序密闭除尘设备与混料设备联动启停，杜绝粉尘无组织排放；窑炉烧成工序同步监测NOx、SO₂排放浓度，当废气接近限值时，自动微调燃烧配风参数，在不影响烧成质量的前提下降低废气排放；生产边角料、废坯料统一回收重新破碎作为再生骨料，提升固废利用率，实现提质、降污、降耗同步推进。

3.4 第四层：分级检测管控，实现事前事中事后全检测

改变传统末端抽检模式，搭建三级检测机制：工序自检（岗位操作人员每小时自查坯料外观、设备参数）、车间巡检（质检人员每两小时抽样检测坯体密度、含水率）、成品终检（成品冷却后全数检测耐火度、耐压强度、外观缺陷）。不合格半成品严禁流入下一道工序，避免无效生产损耗，提前拦截质量缺陷。

3.5 第五层：全链条闭环追溯管控，实现问题逆向追责

为每一批次产品赋予唯一生产批次编码，编码绑定原料信息、工艺参数、操作人员、检测数据、排放数据。一旦成品出现质量缺陷或生产环保超标问题，可通过编码一键逆向追溯至具体工序与责任人，同步更新管控台账，优化对应工艺参数，形成“检测－发现－整改－优化－复盘”完整闭环。

四、管控体系应用成效分析

将本次构建的管控体系应用于某中型绿色耐火材料企业定型无铬耐火砖生产线，开展为期4个月的现场试运行，对比体系落地前后核心指标变化，具体成效如下：产品一次成品合格率从92.6%提升至98.2%，砖体开裂、孔隙超标等批次缺陷完全消除；单位产品烧成能耗下降11.3%，契合窑炉节能管控标准；车间无组织粉尘排放浓度稳定低于3mg/m³，废气排放全部达标；生产固废综合利用率从18.5%提升至32.7%；产品抗热震稳定性、常温耐压强度等核心性能指标稳定性大幅提升，完全满足高温工业窑炉使用要求与GB/T 44333—2024绿色产品评价标准。

五、结论与展望

针对当前绿色耐火材料生产领域质量与环保管控脱节、过程管控粗放、追溯机制缺失等痛点，本文构建了五层一体化全流程质量管控体系，该体系贴合绿色耐材无铬、再生、低能耗的生产特性，可实现产品使用质量与生产绿色指标的协同管控，同时无需大规模改造生产设备，依托标准化参数管控、全流程检测、闭环追溯就能落地，适配国内绝大多数中小型耐材生产企业，实用性与落地性较强。后续研究可结合工业物联网技术，接入在线智能监测模块，实现工艺参数、排放数据、产品性能的全自动实时采集，进一步减少人工干预误差，推动绿色耐火材料生产质量管控向智能化、无人化方向升级，助力耐火材料行业全面实现低碳绿色转型。

参考文献

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