张明明
酒钢集团榆中钢铁有限责任公司 甘肃兰州 730104
摘要：钢铁是国民经济持续增长的重要材料，钢铁冶金工艺水平高低很大程度上揭示了国家的综合国力。随着钢铁产业的快速发阿湛，钢铁冶金工艺不断推陈出新，尤其是耐火材料的广泛应用，为钢铁产业发展打下了广阔的发展空间。本文主要介绍钢铁冶金工艺的发展进程，探究耐火材料应用的问题，以求推动钢铁产业健康持续发展。
关键词：钢铁冶金；新进展；耐火材料
钢铁工业生产中，主要原料为铁矿石和废钢，逐渐形成了相配套的生产流程。以铁矿石为主的高炉—转炉流程是主要钢铁生产工艺，在世界钢产总量占58%，但是具有投资大、能耗大和流程长的问题。而在近些年来废钢总量急剧上涨，相应促进了UHP电路技术和直流电弧炉技术的快速发展，在缩短冶炼时间的同时，生产效率得到了大幅度的提升。此种生产流程紧凑，专业性强，具有周期短、投资少和成本低优势，大大促进了钢铁工业发展。加强对钢铁冶金工艺和耐火材料研究，是钢铁产业发展的客观需求，可以为后续相关工作开展提供支持。
一、炼铁工艺和耐火材料
（一）炼铁工艺
炼铁工艺主要分为高炉炼铁和非高炉炼铁两种，在非高炉炼铁中，由于还原形态差异，可以将其分为直接还原和熔融还原两种，由于炼铁工艺不同，所以对于耐火材料的 要求同样存在明显差异。高炉炼铁在炼铁产量方面占据主导地位，具有大型化和高效化的特点。高炉高效利用系数可以达到2.5～3.0，使用寿命更长，可以达到12年～15年。而在可持续发展背景下，应节能环保需求，由于鱼雷车运铁无法实现一包到底需要，导致铁水降温缺陷愈加明显，导致资源利用效率偏低[1]。所以，在未来的铁水运输工艺优化方面，一包到底是主要改进方向。铁水需要实现脱硫、脱硅和脱磷要求，具备更好的耐铁水性和保温性。尤其是近些年来钢铁工艺的快速发展，熔融还原和直接还原炼铁方式可以实现大规模生产，对于新时期的钢铁冶金工艺和耐火材料提出了新的要求。
（二）耐火材料
伴随着高炉大型化发展，高炉所用的耐火材料性质和种类同样发生了不同程度上的变化。上个世纪70年代前，炉身和炉腹主要是采用普通高铝砖材料，随后采用SiC砖，炉缸采用微孔炭砖。到了90年代，在前两种材料基础上进一步复合砌筑，形成的了高导热微孔炭砖砌筑，在靠近炉壳附近区域，刚玉质材料砌筑为工作衬，直接接触铁水，具有复合砌筑特点。此种工艺可以将靠近炉壳附近的热量向冷却壁扩散，刚玉质材料和铁水直接接触，这样可以具备耐铁水侵蚀性能，有效避免铁水运输期间温度下降问题出现。进入到21世纪，大型高炉炉衬开始采用薄炉衬，炉缸采用陶瓷杯，路堤使用耐热材质的炉底，赋予大型高炉具备耐火性能[2]。
相较于高炉炼铁工艺中所使用的耐火材料而言，熔融还原工艺耐火材料性能更为突出，具备较强的抗FeO侵蚀性能，尤其是在熔融区域展现出突出的耐高温性能。这一区域耐火材料以碳、非氧化物-氧化物复合材料为主，而直接还原工艺转底炉工作衬包括炉顶、炉底和炉墙。由于反应区域的不同，所以需要结合实际情况选择差异性的耐火材料，其中包括高铝砖、喷涂料、隔热材料和浇注料等。
二、炼钢工艺和耐火材料
（一）炼钢工艺
炼钢工艺的发展突出的变化是从平炉发展为转炉，逐渐朝着大型化方向发展。伴随着短流程发展，电炉炼钢获得快速发展，有超过30%以上的国外钢产量是由电炉生产。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆冶炼工艺在传统单一吹炼工艺基础上进一步改进和完善，促进顶底复合吹炼工艺的出现，加之钢包精炼工艺的发展促使炼钢质量得到显著提升。
（二）炼钢耐火材料
伴随着炼钢工艺的发展和变化，炼钢耐火材料结构发生了不同程度上的变化，从以往单一砌筑基础上发展到复合砌筑，使用寿命大大延长。整体浇筑非精炼包使用寿命高达250炉，尽管由于精炼工艺的不同使用寿命有所差异，但是平均不少于30次[3]。而随着喷吹工艺的发展，功能性耐火材料获得了广阔发展空间，在初期阶段，电路、转炉和精炼包只能通过进口获得，进口依赖性较大，效益偏低。而在长期的技术攻关和创新，我国的电炉、转炉和钢包用供气砖赶超国外同类产品的工艺水平。通过热更换，供气砖的单支使用寿命可以高达上万炉，使用寿命大大延长。
三、铸钢工艺和耐火材料
（一）铸钢工艺
铸钢工艺发展历程较旧，尤其是模铸工艺在其中的占比较大。1996年后，我国的连铸工艺得到了快速发展，直到2010年我国的连铸比达到了98.86%，原本的模铸工艺逐渐被淘汰。
（二）铸钢用耐火材料
以往模铸所使用的耐火材料主要包括高铝质和黏土质，在铸钢过程中以中铸管和通道转耗量最大。伴随着连铸工艺的不断创新和发展，模铸基本全部淘汰，促使连铸用耐火材料的快速发展。以往连铸用的耐火材料是通过进口获得，到上个世纪80年年代才基本上实现国产化，到了90年代出现了防堵塞和免烘烤的复合长水口，在提升生产效率的同时，使用寿命随之延长[4]。当前所使用的长水口、滑动水口和浸入式水口材料为铝碳材料，在可持续发展背景下洁净钢和超洁净钢工艺的推陈出新，逐渐将无碳浸入式水口投入使用，是以锆材料为主。此证锆材质的水口在工业生产中逐渐得到广泛应用，性能较为可观。
连铸工艺的快速发展，在一定程度上改善了传统工艺缺陷和不足，打破国外垄断局面，实现全部国产目标。如，薄板胚连铸工艺，浸入式水口是其中主要的工件之一，通过长期的研发和完善，逐渐生产出新型产品，大大促进了我国连铸工艺的快速发展和完善。
中间包作为连铸工艺中重要组成部分，耐火材料逐渐从以往的绝热板发展到中间包涂料。纵观当前钢铁冶金工艺只能够，绝大多数的中间包均采用涂料，尤其是MgO-CaO涂料的使用，CaO质量分数可以高达40%以上，在具体应用中可以满足工艺生产需要的同时，起到净化钢水作用。而在快速更换水口技术的不断推陈出现背景下，中间包涂料寿命大大延长[5]。
四、钢铁冶金工艺中耐火材料的未来发展趋势
钢铁冶金工艺不断优化和创新，以往的工艺生产过程和装置已经无法满足实际需要，使用条件也发生了不同程度上的变化。尤其是高炉出铁和转炉出钢，导致冶炼周期逐渐缩短，耐火材料和钢渣之间接触时间缩短，促使新时期的耐火材料工作条件更为复杂。所以，未来的耐火材料需要在满足冶金工艺需求的同时，具备耐高温特性，为连续铸钢工艺实现提供支持和保障。此外，还要具备通气功能和流槽作用。
结论：
综上所述，钢铁工业的快速发展，钢铁冶金工艺随之推陈出新，新工艺的出现，在缩短冶炼时间的同时，可以有效提升生产效率。尤其是耐火材料的广泛应用，可以更好的满足生产需要，延长使用寿命，降低成本的同时，带来更大的经济效益，推动钢铁工业发展。
参考文献：
[1]王晨越，庄重瑞.钢铁冶金清洁生产新工艺探索[J].中国金属通报，2017，10（08）：60-61.
[2]王庆福，刘均立，赵华鲁.钢铁冶金废弃物建材化利用的工艺技术与效益[J].新世纪水泥导报，2013，19（06）：5-9.
[3]王新华，于会香.加强基本工艺原理和实践环节训练提高钢铁冶金学教学效果[J].中国冶金教育，2016，25（06）：49-50.
[4]王厚昕，姜周华，梁连科，李阳.钢铁冶金清洁生产中的新技术和新工艺[J].材料与冶金学报，2015，23（04）：252-257.
[5]杨大宪，王承宽.连铸系统耐火材料对提高钢质及冶金性能的影响[J].钢铁技术，2016，11（06）：5-15.
论文作者:张明明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/9
标签：工艺论文; 耐火材料论文; 钢铁论文; 高炉论文; 水口论文; 铁水论文; 快速发展论文; 《防护工程》2018年第14期论文;