钢厂用刚玉砖耐火砖耐火材料的优化

钢厂用刚玉砖耐火砖耐火材料的优化作者：刚玉砖，耐火砖钢铁生产正处在结构调整和优化的关键时期。由于自身产品、工艺不断完善的需要，对包括耐火材料在内的各种基本原材料，都提出了进一步优化的新要求。本文从炼钢生产在当前（包括下世纪初）优化的主要特点出发，分析了现代钢铁生产用耐火材料优化的几个重点问题。1现代炼钢发展与优化的主要特点现代钢铁生产优化速度快，涉及面广，与各行各业及多学科结合紧密，可持续发展性日益受到重视。概括起来讲，其主要特点是更加快速高效、紧凑连续、优质低耗、可控顺行及可持续发展。炼钢生产在这种发展和优化中，起到了核心与推动的作用，这里仅就炼钢生产特点作一概述。(1)更加快速高效快速高效主要反映在：①从冶炼、精炼到凝固成型各个环节生产速度加快；②设备大型化趋势明显，而且多功能组合优化；③节奏缓慢的平炉、模铸、电炉三段式冶炼的工艺与装备逐渐被淘汰。这其中，连铸生产的高效化是带动炼钢生产更加快速高效的核心。(2)更加紧凑连续钢铁生产流程的连续化，并朝紧凑型流程发展，也是加快高效的重要体现。连铸生产优化同样起到了关键的作用，尤其是近终形连铸技（优质、高速、高连浇率、高作业率的高效连铸技术发展的最高档次）奠定了紧凑型流程的基础。还应指出的是：以铁水预处理和钢水精炼（直至中间包、结晶器冶金）成为新流程重要组成部分的优化组合，推动了流程紧凑连续的发展。(3)更加优质低耗快速高效、紧凑连续本身就是促进炼钢生产优质低耗的重要因素。连铸比模铸大大节约了能耗和各种原材料的消耗，大大提高了钢铁产品的质量已是众所周知的事实。而连铸生产对工艺稳定，质量优化日益严格的要求又推动了以铁水预处理、钢水精炼为核心的洁净钢、纯净钢生产技术的飞速发展，并且对各种原材料都提出了不污染钢水，甚至进一步净化钢质的新要求。(4)更加可控顺行高速、连续、优质的炼钢生产必须要求全生产过程大大提高自动控制的水平，并朝着智能型的方向发展，高速、连续、优质的生产特点又确定了新型炼钢生产必须流畅、顺行、稳定，并且基本无事故。这些高档次的生产要求，不仅需要先进优化的新工艺来保证，还需要完善的检测、控制设备与现代信息技术的支撑及其有优化功能的各种新型耐火材料的保证。(5)实现可持续发展可持续发展不仅是指炼钢生产的污染治理和二次资源的综合利用工作要大力开发完善，同样重要的是降低生产过程的各种消耗，减少这些消耗对钢质的污染，从而实现炼钢本质上的清洁生产，并使钢铁产品使用的工寿性及可重复利用性大大提高。在当前日趋激烈的市场竞争中，现代炼钢生产只有全面推进上述各方面的优化进程，才能真正提高质量和成本这两个关键因素的竞争能力，使其得到健康的发展。2耐火材料优化的方向性问题钢铁生产离不开耐火材料，这不仅是因为高温生产的钢铁行业需要耐火材料作为各种冶炼炉、液体金属容器、加热和处理设备的高温工作内衬，作为控制液体金属转移、流动的通道，起到保证钢铁生产安全可行的技术作用，而且日益成为钢铁生产优化发展的先导和制约因素。例如：连铸用耐火材料的性能，制约了高效连铸、近终形连铸生产的发展水平；过滤器用耐火材料的性能，制约了钢水中展水平；过滤器用耐火材料的性能，制约了钢水中展水平；过滤器用耐火材料的性能，制约了钢水中50μm夹杂的脱除效率等等.纵观炼钢生产优化发展的特点，耐火材料优化和发展的方向主要是“更长寿、无污染、功能化”。(1)更长寿不断提高耐火材料的使用寿命始终是钢铁生产的基本要求。但随着钢铁生产，尤其是炼钢生产的迅速完善与优化，这种提高耐火材料使用寿命的要求，不仅从数量指标上，而且从要求的内涵上都已有了新的、更高的标准。耐火材料的使用寿命其实反映在连续使用、重复使用及可修复性这三个方面。例如：对于中间包、连续测温、轧钢加热炉用耐火材料，主要考核其连续使用的寿命；耐铁水包、冶炼炉、钢包、精炼炉用耐火材料则主要考核重复使用的寿命；对钢铁用各种耐火材料则都希望具有良好的修复、再生功能。现代钢铁工业的优化，使耐火材料寿命的概念也发生了重大的变化。首先，寿命指标的要求发生了过去不能想象的变化。例如钢包寿命，从过去重复使用以十次计，发展到以百次计。同时，因连铸、精炼的普及和发展，每一次使用时，钢包内钢水的占有时间总体上看是延长了，而且还要适应各种不同的冶金处理功能要求，实际的寿命更长。而中间包的寿命，从提高作业率、稳定连铸全过程的工艺与质量要求出发，希望单个中间包连续使用的寿命，不再以炉次计算，而是以小时计算。目前，欧洲很多钢厂中间包的寿命达到30-50h，美国先进的钢厂已近100h。电炉炉衬、炉盖寿命先进指标已是1000炉以上。而转炉炉衬寿命在溅渣护护条件下，已提高到了一个全新的档次，达到了万炉以上甚至3万炉的水平。AOD精炼炉炉衬寿命先进目标必须超过100炉等等。其次，更长寿的要求，在内容上也有新的内涵。主要是围绕以下几个方面的要求：①寿命已有大幅度提高的耐火材料，要求配套耐火材料寿命要与其保持同步；②在结构设计上要适应持续使用的生产条件要求；③在保证母体耐火材料基本寿命条件下，提高修补材料的高温性能，维持母体耐火材料更加长寿；④在材质设计上要有利一些高档耐火材料的修复再生，延长其使用寿命。例如：连铸中间包水口座砖寿命要与包衬寿命同步；而长水口、浸入式水口则要改进结构，实现快速更换；对于连铸硅、铝含量高的钢种，为防止Al2O3沉积堵塞而中断生产，要从材质和结构上设计具有防堵塞功能的浸入式水口；而转炉炉衬耐火材料仅需满足最基本的耐火性能和高温强度的要求，长寿的关键已转变为具有良好的溅渣层粘附性（如镁碳砖的含碳量调整）及研究开发在存有溅渣层的条件下，能有效地修补炉帽、大面、耳轴等炉衬薄弱环节的喷补料；对于滑动水口则应开发修复再生的技术等等。(2)无污染无污染是炼钢生产的更高要求，主要包含三个关键的要求。首先，耐火材料应有更好的高温特性（即长寿性），这意味着减少消耗，也就是减小对钢水的污染，其次；耐火材料及其结合剂要适应炼钢品种、生产工艺的要求，尽可能不产生有害的气体、成分和杂质而污染钢液；第三，要求耐火材料在炼钢生产应用的全过程中，避免因加工和残余物（废弃物）对炼钢厂环境的污染。例如：在生产取向和无取向硅钢、IF钢等超低碳钢种时要尽可能采用极低碳的优质耐火材料，尽快淘汰挥发分高的树脂结合的耐火材料；提高耐火材料再生、再加工等重复使用功能，大大减少废弃物；不断开发替代含铬耐火材料的新型耐火材料。当然，钢铁企业内部的耐火材料厂要重视耐火材料生产过程中污染的防治，避免给钢铁企业增加污染源也是十分重要的。(3)功能化功能化更是炼钢生产优化的高层次新要求。功能化的要领主要表现为满足进一步净化钢液的新要求及适应一些炼钢生产特殊功能要求这两个方面。首先，为了保证炼钢生产的最终产品——连铸坯洁净度日益提高的要求，不但要避免耐火材料在高温钢水冲刷作用下进入钢液和化学反应对钢水的污染，还要实现能进一步净化钢液的功能。如氧化钙质过滤器过滤≤50μm的夹杂，进一步净化钢液，高钙镁质、镁锆质中间包耐火材料的使用等。第二、炼钢生产越来越要求对生产全过程实行动态监测和控制（如连续测温，炉气连续分析，钢液成分的连续测定及信号传输），在电磁冶金条件下控制连铸稳定生产，钢水精炼新的快速脱氧，产生无害脱氧产物(如H2O)的浸入式装置都对所使用的耐火材料提出了超过耐火材料常规性能要求的新功能（如对钢水的不浸润性，电磁穿透性，抗钢水和水浸蚀的复合功能等。）据了解，已有高校与科研院所研究用Mo-Mgo替代昂贵的铂=铑合金进行测温，薄带连铸侧封材料（高抗磨性和高电磁穿透性）,电磁约束钢流的钢包水口等。这方面的功能性要求还刚刚开始，随炼钢生产的发展将会不断提出新的功能性要求。3结语耐火材料“更长寿、无污染、功能化”已日益成为炼钢生产进一步优化的迫切要求和重要保证。希望耐火界同行们，能认真对待炼钢生产提出的新要求，加强创新，密切关注纳米新技术等前沿科学及其他科技对耐火材料技术发展的综合影响，创造出全新一代的耐火材料来，为我钢铁生产的进一步优化而努力。参考资料：，，。