冶金钢铁工业耐火材料的应用与发展

冶金钢铁工业耐火材料的应用与发展冶金08—4孟庆航摘要：耐火材料作为高温窑炉筑炉材料，每年消耗量极大，其中冶金用量占耐火材料总用量的六成到七成。因此，耐火材料工业的发展与钢铁工业的发展息息相关：本文对耐火材料与钢铁工业的相关性进行了定性与定量分析，并对其回收与利用，与钢铁的发展做了适当的分析。关键词：耐火材料冶金应用发展回收Abstract:refractorymaterialashightemperaturekilnfurnacebuildingmaterials,annualconsumptiongreatly,whichaccountedforrefractoriesMetallurgicalamounttotalamountofsixto70%.Therefore,thedevelopmentofrefractorymaterialindustryandthedevelopmentofironandsteelindustryarecloselyrelated:therefractorymaterialandsteelindustryfortherelevanceofthequalitativeandquantitativeanalysis,andonitsbackCollectionandutilizationofironandsteel,andtothedevelopmentoftheappropriateanalysis.Keywords:RefractorymaterialMetallurgyApplicationDevelopmentRecycling耐火材料作为高温窑炉筑炉材料，主要用于冶金、化工、建材等工业部门，其中黑色冶金用量占耐火材料总用量的60%〜70%，因此，耐火材料工业的发展与钢铁工业的发展息息相关。提高钢铁材料的综合性能，延长其使用寿命，是今后钢铁材料发展的主要方向之一；提高纯净钢冶炼技术是达到此目标的重要途径;合理选择和正确使用优质的耐火材料是冶炼纯净钢的重要保证。根据笔者的研究可知，从二者的产量看出二者有很相似的演变规律：当钢产量增加或减少时，耐火材料产量也随之增加或减少；且基本同时达到峰值或谷值说明了二者之间有着较明显的相关性。钢铁的稳不稳定有很大的关系，这影响着耐火材料的应用和发展。钢铁行业稳定时，耐火材料行业稳定，发展迅猛。当钢铁行业不稳定时，经济萧条不景气，相应的耐火材料行业也随之下滑，甚至出现负增长。炼铁技术发展的重点是提高高炉的喷煤量，同时要求高炉、热风炉的寿命要长（高炉寿命大于12年，部分达到15年），热风炉的风温要高（平均高于1100°C，大型高炉的风温达到1200°C）。为满足这一需要，相应安排了高炉用陶瓷杯、高炉热态喷补料、高通铁量铁沟浇注料、热风炉用低蠕变砖等研究开发项目。研制出刚玉莫来石大型预制块，用在某大型高炉的炉缸，经几年的应用，证明效果很好，铁水的温度提高了10—15度，目前已有多座大型高炉的炉缸采用了这种材质的“陶瓷杯”结构。用s结合刚玉制作“陶瓷杯”工作取得进展，采用氮化烧结法合成出了性能优异的结合刚玉样块。研制的高炉喷补料，在高炉热态状况下进行喷补.可提高高炉寿命。随着时间的发展，耐火材料有很多的发展。20世纪50年代后期，我国炼钢连铸开始进入工业化生产阶段。中间包内衬耐火材料使用黏土砖或高铝砖砌筑，由于当时连铸生产刚起步，连铸的钢种多为普通钢，中间包只是作为钢水的周转容器，中间包内衬的工作条件不是太恶劣，使用寿命为连浇5〜12炉，满足了当时连铸生产的需要。2.1.2铝硅质浇注料在砖砌中间包工作衬之后，我国又发展了浇注料浇注中间包工作衬，有些钢铁厂的中间包工作衬用A12O3含量60%〜80%左右的铝硅质。采用浇注料浇注的中间包工作衬，整体性能好，机械强度高；对于局部损毁严重部位可进行修补，因此，使用寿命长。20世纪70年代中期，洛阳耐火材料研究所与武钢耐火材料厂合作，在剖析国外产品的基础上，研制出了镁铬质中间包涂料。先后在上钢一厂和武钢试用，在上钢一厂连浇148min；在武钢连浇111min，通钢量210t。使用效果优于武钢从西德进口的同类产品，又在其他钢铁厂推广应用。所研制的镁铬质中间包涂料以烧结镁砂和铬矿为主要原料，以三聚磷酸钠作结合剂，添加适量的软质黏土、消石灰和纤维材料等配制而成。上世纪80年代初，开发出了硅质绝热板，并在全国推广应用，取得了良好的效果。在上世纪80年代后期和90年代，硅质绝热板已经成为我国中间包工作衬要的耐火材料之一，如武钢二炼钢1985年实现了中间包工作衬绝热板化。硅质绝热板的使用寿命因各厂家使用条件不同有一定差别，如首钢、武钢4〜6炉，上海钢7〜10炉，河南安钢8〜13炉等。生产实践证明，硅质绝热板与之前的镁铬质涂料和砖砌中间包工作衬相比，有以下优点：1）不需要烘烤，可冷包开浇。节约了时间，节省了燃料。2）硅质绝热板热导率低，保温效果好。为了适应现代化大型高炉上一系列苛刻的操作条件，除了在设计、施工、设备质量操作技术等方蕊精益求，还必须针对亮炉冶炼条件选用应静耐火材料，预期达到长海高产的目的。1妒感、炉缸耐火材料炉膳、炉缸承受高温、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件十分恶劣。炉缸，破坏盼程瘦是决定高炉使用寿命的关键因素。高炉出铁沟的工作层主要采用氧化铝、碳化硅、碳素组成的材料。数百立方米容积的小型高炉，每次出铁量少，散热快，单铁口出铁，清除残余渣铁较困难；一般采用非储铁式主沟，多采用免烘烤捣打料，施工简单，使用寿命较短，几天或十多天就需清沟重新铺沟。这类材料一般用树脂结合，在成型使用过程中产生有害气体较多，恶化了作业环境。中型、大型高炉一般有2〜4个铁口，采用储铁式主沟主出铁沟多用的是A1°O。-Si-C质浇注料，按照施工方式可分为自流浇注料、快干浇注料等类型；按照结合系统，除水泥结合浇注料外，最近也多有溶胶结合、氮化物结合浇注料的报道；水泥结合浇注料中温强度有降低，其中碳素抗氧化的效果较差，使用寿命一次通铁量在8〜12万t，高炉容积越大，顶压力大，铁水的出铁冲击力也大，对沟衬的冲刷和磨损也增加。武钢开发的溶胶结合浇注料为自洁净结合浇注料，不采用水泥结合，温度增加，抗压强度提高，不存在中温区强度损失，抗氧化性能好，自流型浇注料的通铁量可达到15万t；而快干型的浇注料成型后1h即可脱模，快速烘烤2〜3h即可投入使用，在2200m3高炉主沟使用，经过1〜2次修后通铁量可达到20万t。氮化物结合的主沟料有研究报道。使用的耐火材料寿命达到国外九十年代中、后期先进水平，满足高温工业新技术发展需要；使我国在国际上从耐火资源优势变为制品优势，为国民经济发展贡献出耐火材料工业应有贡献。（1）根据我国资源特点，为适应我国钢铁等高温工业技术多层次的需要，研究开发出具有我国特色的高性能耐火材料品种系列并进行产业化研究。（2）跟踪国外科技发展的新动向，结合我国资源特点，开展耐火材料学科前沿科技研究和应用基础理论研究，形成具有自主知识产权的耐火材料系列技术，推动我国耐火材料工业的技术创新。（3）以冶金、建材、轻工、化工等高温工业新技术、新工艺所急需的优质高技术耐火材料品种的研制、开发与应用为龙头，开展产、学“一条龙”科技攻关。随着吨钢耐火材料消耗在下降，钢铁工业耐火材料消耗比重变化不大，占不到50%。主要是因为同时其它高温窑炉业对耐火材料的消耗也在下降，所以钢铁工业消耗比重并没有随着单耗的下降而下降，而是基本上保持在与消耗比重同步发展的水平上。因此，耐火材料与钢铁的一直保持较强的相关性。说明：虽然耐火材料的主要消费大户钢铁工业对其的消耗在下降，但以近50%的消耗比重来看，钢铁工业的主要消费大户，耐火材料工业将仍主要受钢铁工业发展的制约和影响，应紧跟钢铁工业的技术发展步伐。现在耐火材料的回收利用现在比过去任何时候的意义都更加重大。在积极鼓励回收各种制品的政策气候下，需要技术与工艺能满足日益加强的环境保护法规的要求。随着经济的飞速发展，这种影响力也日益全球化。因此，也迫使人们采取行动并予以厚望。国外对冶金废弃耐火材料的综合利用都很重视，发达国家很早就对冶金废弃耐火材料的开发利用进行了深入的研究并取得了丰硕的成果。欧洲［目前利用废弃耐火材料量为人1.2kg，有82%的废旧耐火材料已经得到利用；日本钢铁工业用后的耐火材料主要用作造渣剂和型砂的替代物；新日铁开发出用废料生产连铸用出水口的生产方法；鹿岛钢铁厂研究了滑板的再利用工艺，使修复后的滑板使用寿命与新滑板一样；大同制钢公司废旧耐火材料的利用率达到58%，加拿大MCALPINE工厂、阿尔及利亚耐火材料公司及伊朗科技大学等机构几年来一直在进行回收利用废旧耐火材料及其课题研究工作。到目前为止，实际回收滑板的损毁主要集中在滑板孔及其附近的工作层，这些滑板只需在滑板孔区域处钻开，用浇注料浇注复原的方法和圆环镶嵌法并抛光工作层进行修复滑板，取得了成功。使修复后的滑板的使用寿命与新滑板一样。我国钢铁冶金工业每年消耗耐火材料约800万t，用后耐材达300万t以上［1］。近年来，随着我国环保政策的贯彻实施和耐火材料市场竞争的日益激烈，钢铁企业的降本增效以及人民群众不断增强的节约资源和改善环境的意识，因此，国内对用后废弃耐火材料的综合利用产生了高度的重视。宝钢综合开发公司专门从事宝钢废弃材料的回收利用已多年，并于2002年11月在宝山投产了国内第一家废弃耐火材料综合回收利用的工厂，能够处理宝钢多种废弃的耐火材料，目前每年回收宝钢废弃的耐火材料达10万t以上。一种是以转炉和钢包渣线用后镁炭砖为原料，经过拣选、除去表面夹杂、渣和氧化层、水化等处理后，进行镁炭砖再生。按最致密堆积的颗粒组成设计，添加3%特殊符合添加剂，外加热固性酚醛树脂结合剂3%〜4%，进行配料，1000t摩擦压砖机成型。200°C烘烤，可得再生产的镁炭砖。另一种是废水玻璃结合铝镁浇注料回收后，以颗粒形式按20%的比例加入到原浇注料中，不影响原浇注料的使用性能，一年的使用结果表明，全年平均包龄达到了97.3炉，比上一年不加废浇注料颗粒的包衬平均寿命还高3炉；但以细粉形式按10%比例加入到浇注料中，会恶化原浇注料的性能指标，不宜作为浇注料的基质来使用。用10mm筛下的废钢包浇注料的统料作为水玻璃结合的铝镁浇注料，用于中间包永久层代替原来的高铝砖，使用寿命达60炉次左右，