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摘要：现如今，我国的科技发展迅速，我国耐火材料品质不比国外差，但吨钢耐火材料消耗却比先进国家高。大量实例说明提高耐火材料应用技术水平，对降低耐火材料消耗有显著效果，因此，应该加强耐火材料应用技术研究，按热工设备使用条件选择合适的耐火材料，采取均衡构筑、认真维护、适当修补、强化管理等措施，使热工设备内衬寿命延长，以致达到永久内衬，用后耐火材料零排放。
关键词：耐火材料；热工设备；消耗；应用技术
引言
本文简要介绍了中国耐火材料现状,结合高温工业技术发展需求,阐述了耐火材料的发展态势和发展方向。指出结构功能一体化设计与制备是以长寿化、功能化、轻量化、智能化、绿色化为特征的先进耐火材料发展的核心。结合新型高效隔热耐火材料、钢铁冶金连铸用先进功能耐火材料的研究,介绍了先进耐火材料的组成?结构?性能?功能一体化设计理念与制备技术,采用有限元数值模拟、融合先进陶瓷技术及梯度多层复合设计,实现了关键服役性能的最优化设计与制备。
1耐火材料
1.1高铝砖
随着炼钢技术的不断发展和钢产量及质量的不断提高，粘土质钢包衬砖因使用寿命短，自20世纪60年代末，我国有些钢厂的钢包开始使用各种高铝质衬砖，使钢包寿命大幅度提高。武钢平炉用270t钢包从1968年开始使用二等高铝砖，到1970年包龄达到25.7次，是粘土质衬砖的2.5倍。1974年包龄达到31.5次。武钢二炼钢转炉用70t钢包从1980年开始使用Al2O3含量大于72%的高铝砖，包龄为34次，最高达到50次。宝钢300t钢包从1986年6月起，全包壁使用某耐火材料厂生产的一等高铝砖，平均包龄50次左右。连铸机投产后，钢包使用条件恶化，包衬使用寿命减短。宝钢与某些耐火材料生产企业合作，开发出了使用性能优良的微膨胀高铝砖，1992年4月正式使用A厂生产的产品，平均使用寿命为81.5次，最高寿命达到100次。使用B厂的产品平均使用寿命为78.6次，最高达到122次（连铸比55.73%）。
1.2铝镁（碳）质钢包耐火材料
从20世纪80年代起，我国的炼钢工业步入了快速发展阶段，连铸和炉外精炼等现代炼钢技术的推广应用以及洁净钢产量的增加，使钢包耐火材料的使用条件更加恶劣。钢水温度的升高，钢水在钢包内停留时间的延长，钢水和熔渣对钢包耐火材料的冲刷以及熔渣对钢包耐火材料的化学侵蚀等都更加严重，以往的钢包耐火材料已不能满足现代炼钢生产的需要。为此，我国陆续开发了多种铝镁（碳）质钢包用耐火材料。铝镁（碳）质耐火材料在使用过程中，Al2O3和MgO在高温下反应生成镁铝尖晶石这种高温性能优异的矿物，使耐火材料的耐侵蚀性能和抗剥落性能显著提高。因而，铝镁（碳）质钢包耐火材料的使用可大幅度提高钢包的使用寿命。
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2提高耐火材料应用技术水平，争取热工设备达到永久型内衬，用后耐火材料零排放
2.1炼钢转炉内衬
采用MgO-C砖砌筑，大幅度提高使用寿命，大、中型转炉寿命一般稳定在2000～3000炉次，LTV公司的BOF操作者和研究者们广泛应用“渣喷溅技术”，从而延长炉役寿命，降低了耐火材料成本。喷溅技术的内容包括在2min内吹入312.5m3的N2，然后用3～5min提升喷枪并摆动炉身180°，优点是能把保护炉渣喷溅到炉子的各个部位，尤其是通常达不到的位置，如耳轴，其耐用性比喷补时高，因为后者是化学结合，2～3炉后便发生烧蚀损。在转炉炼钢工艺中，由于应用激光测厚技术，火焰喷补技术和溅渣护炉操作技术，用镁球造渣，提高渣中MgO含量，渣量减少，使终渣迅速变黏，降低其侵蚀性。以及采用环保型MgO-C质高温自流补炉料，节约补炉时间，提高了转炉作业率，一般转炉寿命在20000～30000炉次，以前每年换2～3次炉衬，现在2年更换一次炉衬，接近永久内衬。
2.2出铁场寿命
要使耐火材料消耗尽可能减少，使用寿命提高，必须提高耐火材料质量。不同部位用不同的耐火材料复合砌筑，加强冷热修维护和用后耐火材料的再生利用，废弃耐火材料尽可能趋于零。（1）复合砌筑：渣区或渣线应用高SiC,高石墨的Al2O3-SiC-C致密铁点应采用SiC高些的高致密高强度的ASC浇注料或砖；铁液与渣界面上，建议渣区和落铁点周围用高致密ASC砖砌筑。（2）加强修补维护：通常使用，侵蚀最快是主沟落铁点，其次是渣区，应进行热态修补或冷修，可均衡沟衬。国内大多数采用冷修，即套浇造衬。对于只有一个沟的小高炉，因为时间受限，影响施工质量和耐用性，而且冷套浇往往剥皮，同时降低铁液温度。热喷补有湿式和半干法两种，宝钢用半干法。不断的修补，将变成永久化铁沟内衬。另外，用后的铁沟料还可以再生利用，可用做捣打料，浇注料和ASC砖。
2.3高炉长寿
高炉长寿技术是涉及设计、装备、材料、施工维护、原料及生产操作、管理等方面的综合技术。其中主要有两个限制性环节，一是炉缸和炉底寿命，二是炉腰和炉腹寿命。炉缸耐火材料寿命决定高炉寿命。我国高炉长寿发展很不均衡，平均寿命仅为5～10年，与日本高炉寿命达20年，有的目标为30年相比，存在较大差距。延长高炉寿命要从提高耐火材料性能和改进相应的冷却系统入手。有人建议：大高炉死铁层深度应为炉缸直径的15%，炉腹角度大于80°，铁口不宜布置在高炉同一侧，铁口深度为炉缸的45%左右，控制好生铁成分，减少碱金属等有害元素富集及对炉缸，炉底的侵蚀，提高冷却系统的冷却效果，采取含钛物料护炉及灌浆，挖补等措施。
3先进耐火材料的研究进展
发达国家高温工业革命性的新技术突破极大地推动了新型功能及节能型耐火材料的研发,如熔融还原炼铁技术用关键耐火材料、薄带连铸用功能性材料等的成功研发;美国近年开发了具有隔热功能又抗金属熔体、化学侵蚀性优良的多孔高性能材料,促进了耐火材料功能化、减量化的发展;美国、日本、德国等开发了能长期在1500℃以上使用的高性能氧化铝、氧化纤维及其制品,应用温度在1260℃以上的环保生态可降解纤维,德国近年来加大了梯度结构与层状复合结构先进耐火材料的设计与制备研究,旨在实现高温工业节能并推动耐火材料的功能化、轻量化和减量化发展。此外,美国、日本、欧盟等高度重视耐火原料,将石墨列为战略性材料,并将镁砂、矾土等11种原料列为潜在战略性原材料,因此在用后耐火材料的再资源化研究和原料资源综合利用等方面开展了大量的工作,日本用后耐火材料的资源化利用率已达60%,综合利用率在90%以上。
结语
（1）我国耐火材料的品质达到世界先进水平，但热工设备的寿命却低于先进国家水平，因此，有待提高耐火材料的应用技术水平。（2）大量的实例表明，炉窑等热工设备选择合适的耐火材料、综合均衡构筑内衬、合理维护、适当修补、加强细致的管理等措施，使用寿命会得到大幅度提高。（3）我国的耐火材料发展，第一步其使用寿命要赶上世界先进水平，第二步使用寿命超过世界先进水平，第三步耐火材料向永久内衬，用后耐火材料零排放迈进。这是人们追求的目标，现在有些热工设备已接近目标，如炼钢转炉，钢包，铁沟料等。随着我国科技不断进步，创新发展，全面达到热工设备内衬的高寿命，永久耐火材料内衬，用后耐火材料零排放的目标一定能实现。
参考文献:
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论文作者:张志刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/16
标签：耐火材料论文; 钢包论文; 内衬论文; 寿命论文; 高炉论文; 转炉论文; 使用寿命论文; 《防护工程》2018年第31期论文;