中国钢铁工业用耐火材料的科技进步
- 发布人：管理员
- 发布时间：2009-07-20
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中钢集团洛阳耐火材料研究院 王金相
1 我国耐火材料工业概况
耐火材料是为高温工业服务的基础材料。在众多高温工业中，钢铁工业是耐火材料最重要的用户，耐火材料在钢铁工业中的使用量约占总量的65％~70％。钢铁工业对耐火材料的品种、质量和数量的需求，在耐火材料工业的技术发展中起导向作用。
我国耐火材料总产量已居世界第一位。2005年，对1359家规模以上耐火材料企业进行统计，总产量为2276万吨，我国已成为名副其实的耐火材料生产大国。
2 “十五'期间我国耐火材料技术进步显著
“十五”期间，我国耐火材料工业进行品种结构调整，技术进步显著：
(1)现代化大型联合钢铁企业用的重要耐火材料产品已基本做到国内自给，而且每年还有耐火原料和耐火制品出口。2005年耐火制品出口总量达到153万吨。这是个很突出的成就，因为在20世纪80年代实行改革开放初期，这些重要产品95％以上需从国外进口。
(2)重要用途的耐火材料的使用寿命有了显著提高。如：高炉出铁沟用AL2O3-SiC-C质浇注料的通铁量已超过15万吨；大中型高炉寿命已超过10年，最高达14年；氧气转炉炉龄达5000炉以上，采用溅渣护炉技术时，炉龄达几万炉；大中型钢包寿命已达200炉。
(3)冶金新技术用耐火材料的研发取得可喜的成绩。如：薄板坯连铸用的异型浸入式水口，初步试验，状况良好；洁净钢生产所需各种无碳或低碳、无硅或低硅耐火材料应运而生。
(4)耐火材料应用基础研究取得了新的进展。如：以高铝矾土为基料，开发出均质矾土熟料、电熔刚玉、电熔锆刚玉一莫来石和尖晶石等；以菱镁矿为基料合成的高铁镁钙砂，已在工业上应用并取得成功。在复合材料的应用基础研究方面，北京科技大学研究开发了AL2O3-SiC-Si质制品，并在高炉陶瓷杯上应用成功；西安建筑科技大学研究开发的SiAION结合刚玉滑板，使用效果良好；郑州大学在氧化物-非氧化物复合材料制品的研究与开发方面，取得了可喜的成果；武汉科技大学研究钢水与耐火材料的相互作用机理，探讨了耐火材料与钢中氧含量的关系，含碳耐火材料的增碳作用和耐火材料与钢中磷、硫、氮含量的关系，为洁净钢冶炼时如何选用合适的耐火材料提供了依据。
3. 差距和问题
改革开放以来，经过二十多年的努力，我国耐火材料技术得到了很大发展，许多产品已达到或接近国际先进水平，已成为耐火材料生产大国，耐火材料总产量居世界第一，基本满足钢铁工业发展的需求。但我国耐火材料整体技术水平与国际先进水平相比还存在相当大的差距，特别是一部分关键耐火材料产品仍需进口。
3.1炼铁用耐火材料
高炉长寿水平及其系统技术与国外还有差距。大、中型高炉使用寿命一般8~12年，最高15年。国外高炉使用寿命较长，日本最长达到20年零6个月。在炉衬方面，我国微孔石墨砖，微孔铝碳化硅砖和微孔碳化硅砖刚刚起步生产和应用。在维护方面，湿式喷补技术、可塑喷补技术、优质压入料和优质炮泥的使用都与国外有较大差距。与熔融还原技术相关的耐火材料的研究开发，需要跟上熔融还原技术的发展。热风炉用的非结晶硅砖和零膨胀硅砖国内还是空白。炮泥和出铁沟耐火材料的使用寿命也不如国外。
3.2 炼钢用耐火材料
采用溅渣护炉技术后，我国转炉炉龄达到了世界先进水平。但溅渣护炉中也出现一些问题，如溅渣料消耗高，影响复吹和钢水质量，延长了精炼时间，提高了炼钢成本等。需要思考能否研制出更优质的炉衬材料，从而减少或不用溅渣护炉技术。
电炉炼钢方面，直流电弧炉底电极导电材料的使用寿命不高，而且还需进口。国外使用寿命达到13600炉次，我国仅3000余炉次。对于钢棒结构的底电极，国外寿命达到5000炉次，我国只有2000炉次。
3.3 钢包和洁净钢用耐火材料
我国的钢包吨钢耐火材料消耗与国外有较大差距。我国大型钢包使用寿命最高280次，吨钢耐火材料消耗为2.5 kg；而国外通过套浇和良好的维护技术，钢包使用寿命达到800次，吨钢耐火材料消耗为0.92 kg。
耐火材料还不能完全满足洁净钢冶炼的需要，如钢包渣线还使用低碳砖，含碳材料使钢水增碳，而用含磷酸盐结合的材料时，又使钢水增磷，很多耐火材料使钢水增氧等。耐火材料炉衬对钢水严重污染，有待解决。
3.4 连铸用耐火材料
近终形连铸用的异型薄壁浸入式水口、陶瓷侧封板等，基本上是依靠进口，尚不能满足薄板坯、薄带连铸技术发展的需要。
优质滑动水口，国外使用寿命达到8~12次，国内只有3~4次。
3.5 用后耐火材料的再生利用
我国目前用后耐火材料约300万t，80％以上当成钢厂垃圾被废弃。既占用了土地，又对环境造成污染。国外对用后耐火材料的再生利用非常重视，通过合作开发，从技术上解决了再利用问题，有的国家再利用率已达60％。
4 耐火材料技术发展趋势
在过去的十几年中，通过科技攻关，我国耐火材料科学技术有了很大进步，解决了钢铁工业中引进新技术用耐火材料的国产化问题，但攻关所形成的技术大部分是跟踪型的，即沿着引进、剖析、消化吸收、改进创新的路子走，自己创新的原创型成果少。今后必须加强基础及应用基础研究，提高科技创新能力，立足我国耐火原料资源优势，发展有中国特色的优质合成原料和高效制品，满足钢铁工业和其他高温工业发展的需要。
努力降低消耗。目前，我国吨钢耐火材料单耗约为25~30kg，世界上技术发达国家有的已降至10kg以下，我国应争取降到15-20 kg。
加快发展优质合成原料。形成完整的烧结、还原氮化烧结、电熔等合成原料工艺。改善镁白云石、白云石、石灰质原料的抗水化性，满足新型耐火材料的发展需要。
开发具有更高导热性的超微孔炭砖、微孔铝碳化硅砖、微孔碳化硅砖，满足大型高炉发展的需要。推广应用湿式喷补技术、可塑喷补技术、优质压入料，优质炮泥、出铁沟浇注料及与高炉长寿相关的维护技术。
加强模拟熔融还原条件下耐火材料的损毁机理研究，为合理选择和开发熔融还原炉用新型高效耐火材料提供依据。
进一步提高镁碳砖的质量，提高溅渣护炉料的质量，研究溅渣护炉工艺，寻找出最经济合理的炉龄。
研究适应不同冶炼条件(高温、真空、气体搅拌、电弧加热等)和不同品种钢冶炼用的耐火材料，研究开发高抗侵蚀的渣线材料，高抗热震的超低碳镁碳砖及镁钙锆材料，以适应洁净钢、纯净钢冶炼的需要。重点研究开发对钢液有脱磷、脱硫、吸收夹杂物作用的镁钙系耐火材料。
开发具有自主知识产权的连铸用长寿命功能耐火材料，使薄板坯连铸用浸入式水口、长水口和整体塞棒的使用寿命达到15 h以上。
耐火材料对推动高温工业的节能降耗有重要意义。不定形耐火材料从生产到使用都具有节能的优点。工业发达国家不定形耐火材料使用量都达到50％以上，我国目前仅为20％～30％，应大力开发高性能、节能型不定形耐火材料，并在高温工业中推广应用。
采取钢铁企业、耐火材料企业和研究单位合作方式，研究用后耐火材料的回收、资源化技术和再利用技术，生产出附加值较高的产品，逐步使我国废弃耐火材料的再利用率达到国际先进水平。
1 我国耐火材料工业概况
耐火材料是为高温工业服务的基础材料。在众多高温工业中，钢铁工业是耐火材料最重要的用户，耐火材料在钢铁工业中的使用量约占总量的65％~70％。钢铁工业对耐火材料的品种、质量和数量的需求，在耐火材料工业的技术发展中起导向作用。
我国耐火材料总产量已居世界第一位。2005年，对1359家规模以上耐火材料企业进行统计，总产量为2276万吨，我国已成为名副其实的耐火材料生产大国。
2 “十五'期间我国耐火材料技术进步显著
“十五”期间，我国耐火材料工业进行品种结构调整，技术进步显著：
(1)现代化大型联合钢铁企业用的重要耐火材料产品已基本做到国内自给，而且每年还有耐火原料和耐火制品出口。2005年耐火制品出口总量达到153万吨。这是个很突出的成就，因为在20世纪80年代实行改革开放初期，这些重要产品95％以上需从国外进口。
(2)重要用途的耐火材料的使用寿命有了显著提高。如：高炉出铁沟用AL2O3-SiC-C质浇注料的通铁量已超过15万吨；大中型高炉寿命已超过10年，最高达14年；氧气转炉炉龄达5000炉以上，采用溅渣护炉技术时，炉龄达几万炉；大中型钢包寿命已达200炉。
(3)冶金新技术用耐火材料的研发取得可喜的成绩。如：薄板坯连铸用的异型浸入式水口，初步试验，状况良好；洁净钢生产所需各种无碳或低碳、无硅或低硅耐火材料应运而生。
(4)耐火材料应用基础研究取得了新的进展。如：以高铝矾土为基料，开发出均质矾土熟料、电熔刚玉、电熔锆刚玉一莫来石和尖晶石等；以菱镁矿为基料合成的高铁镁钙砂，已在工业上应用并取得成功。在复合材料的应用基础研究方面，北京科技大学研究开发了AL2O3-SiC-Si质制品，并在高炉陶瓷杯上应用成功；西安建筑科技大学研究开发的SiAION结合刚玉滑板，使用效果良好；郑州大学在氧化物-非氧化物复合材料制品的研究与开发方面，取得了可喜的成果；武汉科技大学研究钢水与耐火材料的相互作用机理，探讨了耐火材料与钢中氧含量的关系，含碳耐火材料的增碳作用和耐火材料与钢中磷、硫、氮含量的关系，为洁净钢冶炼时如何选用合适的耐火材料提供了依据。
3. 差距和问题
改革开放以来，经过二十多年的努力，我国耐火材料技术得到了很大发展，许多产品已达到或接近国际先进水平，已成为耐火材料生产大国，耐火材料总产量居世界第一，基本满足钢铁工业发展的需求。但我国耐火材料整体技术水平与国际先进水平相比还存在相当大的差距，特别是一部分关键耐火材料产品仍需进口。
3.1炼铁用耐火材料
高炉长寿水平及其系统技术与国外还有差距。大、中型高炉使用寿命一般8~12年，最高15年。国外高炉使用寿命较长，日本最长达到20年零6个月。在炉衬方面，我国微孔石墨砖，微孔铝碳化硅砖和微孔碳化硅砖刚刚起步生产和应用。在维护方面，湿式喷补技术、可塑喷补技术、优质压入料和优质炮泥的使用都与国外有较大差距。与熔融还原技术相关的耐火材料的研究开发，需要跟上熔融还原技术的发展。热风炉用的非结晶硅砖和零膨胀硅砖国内还是空白。炮泥和出铁沟耐火材料的使用寿命也不如国外。
3.2 炼钢用耐火材料
采用溅渣护炉技术后，我国转炉炉龄达到了世界先进水平。但溅渣护炉中也出现一些问题，如溅渣料消耗高，影响复吹和钢水质量，延长了精炼时间，提高了炼钢成本等。需要思考能否研制出更优质的炉衬材料，从而减少或不用溅渣护炉技术。
电炉炼钢方面，直流电弧炉底电极导电材料的使用寿命不高，而且还需进口。国外使用寿命达到13600炉次，我国仅3000余炉次。对于钢棒结构的底电极，国外寿命达到5000炉次，我国只有2000炉次。
3.3 钢包和洁净钢用耐火材料
我国的钢包吨钢耐火材料消耗与国外有较大差距。我国大型钢包使用寿命最高280次，吨钢耐火材料消耗为2.5 kg；而国外通过套浇和良好的维护技术，钢包使用寿命达到800次，吨钢耐火材料消耗为0.92 kg。
耐火材料还不能完全满足洁净钢冶炼的需要，如钢包渣线还使用低碳砖，含碳材料使钢水增碳，而用含磷酸盐结合的材料时，又使钢水增磷，很多耐火材料使钢水增氧等。耐火材料炉衬对钢水严重污染，有待解决。
3.4 连铸用耐火材料
近终形连铸用的异型薄壁浸入式水口、陶瓷侧封板等，基本上是依靠进口，尚不能满足薄板坯、薄带连铸技术发展的需要。
优质滑动水口，国外使用寿命达到8~12次，国内只有3~4次。
3.5 用后耐火材料的再生利用
我国目前用后耐火材料约300万t，80％以上当成钢厂垃圾被废弃。既占用了土地，又对环境造成污染。国外对用后耐火材料的再生利用非常重视，通过合作开发，从技术上解决了再利用问题，有的国家再利用率已达60％。
4 耐火材料技术发展趋势
在过去的十几年中，通过科技攻关，我国耐火材料科学技术有了很大进步，解决了钢铁工业中引进新技术用耐火材料的国产化问题，但攻关所形成的技术大部分是跟踪型的，即沿着引进、剖析、消化吸收、改进创新的路子走，自己创新的原创型成果少。今后必须加强基础及应用基础研究，提高科技创新能力，立足我国耐火原料资源优势，发展有中国特色的优质合成原料和高效制品，满足钢铁工业和其他高温工业发展的需要。
努力降低消耗。目前，我国吨钢耐火材料单耗约为25~30kg，世界上技术发达国家有的已降至10kg以下，我国应争取降到15-20 kg。
加快发展优质合成原料。形成完整的烧结、还原氮化烧结、电熔等合成原料工艺。改善镁白云石、白云石、石灰质原料的抗水化性，满足新型耐火材料的发展需要。
开发具有更高导热性的超微孔炭砖、微孔铝碳化硅砖、微孔碳化硅砖，满足大型高炉发展的需要。推广应用湿式喷补技术、可塑喷补技术、优质压入料，优质炮泥、出铁沟浇注料及与高炉长寿相关的维护技术。
加强模拟熔融还原条件下耐火材料的损毁机理研究，为合理选择和开发熔融还原炉用新型高效耐火材料提供依据。
进一步提高镁碳砖的质量，提高溅渣护炉料的质量，研究溅渣护炉工艺，寻找出最经济合理的炉龄。
研究适应不同冶炼条件(高温、真空、气体搅拌、电弧加热等)和不同品种钢冶炼用的耐火材料，研究开发高抗侵蚀的渣线材料，高抗热震的超低碳镁碳砖及镁钙锆材料，以适应洁净钢、纯净钢冶炼的需要。重点研究开发对钢液有脱磷、脱硫、吸收夹杂物作用的镁钙系耐火材料。
开发具有自主知识产权的连铸用长寿命功能耐火材料，使薄板坯连铸用浸入式水口、长水口和整体塞棒的使用寿命达到15 h以上。
耐火材料对推动高温工业的节能降耗有重要意义。不定形耐火材料从生产到使用都具有节能的优点。工业发达国家不定形耐火材料使用量都达到50％以上，我国目前仅为20％～30％，应大力开发高性能、节能型不定形耐火材料，并在高温工业中推广应用。
采取钢铁企业、耐火材料企业和研究单位合作方式，研究用后耐火材料的回收、资源化技术和再利用技术，生产出附加值较高的产品，逐步使我国废弃耐火材料的再利用率达到国际先进水平。
