炼钢用耐火材料的技术进步

张贺

摘要：炼钢用耐火材料包含了装盛液态铁水、液态钢水容器的内衬及相关护炉、保温材料，具体可分为铁包包衬、转炉炉衬、钢包包衬和中间包包衬及相关配套的出钢口、滑动水口、连铸三大件等定形耐材和补炉料、耐火泥、干式料、浇铸料、引流砂、覆盖剂、保护渣等不定形散状料等130多种。基于此，本文主要对炼钢用耐火材料的技术进步进行分析探讨。

关键词：炼钢用；耐火材料；技术进步

1、前言

近年来由于采用了优质镁碳砖，采取综合砌筑炉衬，并加强喷补，尤其是近年来采用了溅渣护炉技术使转炉炉衬寿命提高至数千炉，有些钢厂炉衬寿命已超过万炉。喷射冶金用的喷枪采用高铝质浇铸料或组合喷枪，已使喷枪寿命大为提高。钢包用粘土砖、腊石砖或一般高铝砖已不能适应炉外精炼要求，近年来开发了MgO－C砖、MgO－CaO－C砖或高质量高铝砖和高铝浇铸料，已使钢包耐材寿命从10炉左右提高至数十炉，有些钢厂甚至超过100炉。板坯连铸用熔融石英质浸入式水口、铝碳质浸入式水口、长水口、整体塞棒和滑动水口以及小方坯连铸用的锆质定径水口、中间包涂料、隔热板等专用耐材的应用均取得了长足的进步。

2、转炉炉衬用耐火材料

2.1采用优质镁碳转炉衬寿命大幅度提高

随着连铸及炉外精炼技术的普遍采用，转炉出钢温度相应提高，因此，对转炉炉衬耐材要求更加苛刻，在初期阶段采用的焦油白云石或镁质白云石砖已远不能适应转炉冶炼要求。宝钢1978年从新日铁引进的300t大型转炉设计炉衬寿命仅为1000炉，1985年投产初期炉衬寿命只达486.7炉，1987年达943炉，由于采用了镁碳砖综合砌炉1988年达到1052炉。1990年鞍钢180t转炉最高炉衬寿命达到1708炉；首钢30t转炉炉衬寿命高达1441炉。在此期间，日本转炉炉衬寿命一般为3000炉～5000炉，川崎水岛厂第一炼钢厂180t顶底复吹转炉炉衬寿命已达8119炉，创造了顶底复吹转炉炉衬寿命的世界纪录（1989年2月18日～1990年3月9日）。炉衬耐材单耗已降低到炉衬砖0.35kg/t钢，喷补料0.39kg/t钢。又如，武钢二炼钢厂1983年使用焦油白云石砖，炉衬寿命仅为446炉；1985年开始采用镁碳砖砌炉，到1988年炉龄已提高至1399炉。

近年来我国转炉多采用综合砌炉，同时加强了对炉体的维护，适时喷补，推广溅渣护炉，使转炉炉衬寿命大幅度提高，2000年全国重点企业转炉炉衬寿命平均已达2641炉。

3、钢包用耐材

3.1包衬耐材

由于炉外精炼技术获得广泛采用，原来钢包内衬采用的粘土砖、腊石砖、一般高铝砖已不再适用。近年来开发了MgO－C砖、MgO－CaO－C砖、高质量高铝砖和高铝浇铸料及镁铝尖晶石浇铸料。一般包底、包壁用高铝浇铸料，渣线用Mg－C砖，包衬耐材消耗在有些厂已从9.0kg/t钢降低至1.5kg/t钢，钢包寿命超过100炉。LF、VOD用钢包耐材消耗高达10kg/t钢，如果钢包用合成氧化铝质耐材，如板状刚玉或尖晶石，可显著提高钢包耐材寿命。

3.2钢包透气砖

钢包透气砖有组合式、弥散式和直通式三种。直通式透气砖产生的气孔均匀，气体流量便于控制，易于实现自动控制。透气砖耐材有镁质、镁铬质、刚玉质。对钢包用氧化铝和尖晶石－氧化铝透气砖的研究表明，这些耐材在1600℃时具有很高的热态耐压强度，在25MPa～45MPa之间，使用效果非常好。

4、连铸用耐火材料

4.1中间包

为适应连铸多炉连浇及促使非金属夹杂物上浮，中间包趋向于大型化。中间包内衬多用高铝质耐材，喷涂料用高铝质或镁质。近年来中间包内衬趋向于用碱性材质。绝热板亦由硅质发展到非硅质，且由单一品种向多品种发展。

4.2长水口、浸入式水口和滑动水口

4.2.1长水口、浸入式水口

长水口、浸入式水口材质主要用铝碳质，渣线部位为锆质。熔融石英质已少量采用。在浇铸铝镇静钢及其它特殊钢种时，钢中非金属夹杂物易积聚在水口内表面，使水口堵塞，易于造成钢流中断。为避免钢流堵塞，一般有多种保护型式，如从整体塞棒向浸入式水口吹氩、从浸入式水口内壁狭缝向钢流吹氩保护、从水口内壁的直通吹气孔向钢流吹氩等等，使用效果后两种型式较好。

4.2.2滑动水口

滑动水口用耐火材料，主要包括上水口、上滑板、下滑板、下水口。其中滑板为直接控制钢流的部件，是滑动水口的关键部位。滑板材质主要有刚玉质、镁质、锆莫来石及碳质等或几种材料复合，用户可根据钢种加以选择。滑板应具有耐冲击性、耐侵蚀性、耐冲刷性以及足够的机械强度。

4.2.3定径水口

国外小方坯连铸机均采用无塞棒定径水口浇铸，要求孔径在整个浇铸过程中基本不变，对耐材质量要求苛刻，一般采用含锆质材料制成。国外定径水口中ZrO2含量一般从62%～95%，分5个等级，根据浇铸时间长短，可选用不同锆含量的定径水口。

5、炉外精炼用耐火材料

近年来炉外精炼技术获得了迅速发展，对耐火材料提出了更加严格的要求，如耐高温达1750℃以上；在高温高真空度(66.7Pa)状态下工作；耐钢液和炉渣的强烈冲刷(如RH上升管内钢液流速高达5m/min～7m/min)；在恶劣条件下长时间工作；经受间歇作业的急冷急热等。满足以上要求，必需采用耐高温、耐侵蚀、抗热震性好的优质耐火材料，炉外精炼用耐材：

电熔再结合镁铬砖和镁碳砖，曾用于抚顺钢厂引进的VOD/VHD炉生产正常；碳结合MgO-CaO系列制品，如高强度镁碳砖，早在20世纪80年代，国产镁碳砖用于上钢五厂LF炉上，包龄已达39次。在一些钢厂的VOD/VHD炉渣线上使用，寿命达到20余次。电熔再结合镁铬砖用于太钢18tAOD炉风眼部位，其寿命已达50余次。合成镁铬砖、镁铬铝砖和半结合镁铬砖，在大连钢厂VOD炉渣线用寿命已达22次。半结合镁铬砖在武钢RH浸渍管上使用已达50次以上，达到了从德国引进的电熔再结合镁铬砖的同等水平。近年来，宝钢二炼钢RH－KTB采用电熔镁铬砖浸渍管平均寿命已从1998年的127炉提高到2000年的159炉；下部槽寿命2000年平均寿命高达392次；最高寿命达980次。

6、散状料

不定形耐火材料即散状料经常作为钢包、中间包的永久工作衬使用，适宜对复杂构型的衬体进行施工和修补。此外连铸保护渣和覆盖剂属于功能性散状料。

6.1覆盖剂

在炼钢生产中向钢包和中间包钢水表面加入一定量的钢水覆盖剂进行保温，避免钢水直接裸露在空气中，造成浇铸过程中的钢水温降过快，引起低温冻水口或连铸冻中间包。三钢闽光采用复合型覆盖剂，覆盖剂要求铺展性好、膨胀绝热保温的特点，不能造成钢水的增碳，水份含量不能造成钢水气体的增加而影响铸坯质量。

6.2引流砂

引流砂作为钢包底部水口填充材料，其主要作用是引导钢水自开。三钢闽光采用铬质引流砂，Cr2O3含量为26～35%，自开率在99%以上。

6.3补炉料

热态修补料主要用于修补转炉的装料侧、出钢侧和炉底,是延长炉役的必要材料。目前所用的补炉料为大面料，主要成分为MgO和Al2O3，以投料补炉方便，烧结时间短等优点得于广泛应用，近期也试验了水基型补炉料。

6.4连铸保护渣

保护渣是连铸生产功能性耐火材料，主要作用是改善结晶器与坯壳润滑、传热，同时起隔热保温的作用。连铸保护渣是连铸生产减少漏钢，提高铸坯表面质量的重要手段，三钢闽光早在1999年后即实现全过程保护浇铸。

7、结语

炼钢用耐材发展的趋势是使用高纯度原料、含碳耐火材料、不定型耐火材料，除了含石墨耐火制品扩大应用外，连铸用耐材也获得了稳步发展。由于耐火材料质量提高，耐材单耗相应降低，如日本1999年粗钢耐材单耗仅为10.7kg/t钢(含耐火砖及不定型耐材)。今后我国炼钢用耐材消耗仍有待于进一步降低。

参考文献：

[1]李红霞.经济下行时中国耐火材料行业发展的思考.耐火材料，2012年10月，321-324．

[2]田守信.对钢包用耐火材料单耗的分析研究．2013钢铁用耐火材料生产、研发和应用技术交流会，11-19．

[3]王战民.不定形耐火材料流变性研究新进展，2012年2月，1-8．