轉(zhuǎn)爐耐火材料與發(fā)展趨勢簡述

宋朝琦

【摘要】轉(zhuǎn)爐用耐火材料是提高爐齡的關(guān)鍵。目前鎂碳磚應(yīng)用較為廣泛，但不同部位、不同工作環(huán)境下依然存在多種選擇。本文對耐火材料的分類及性能指標(biāo)進(jìn)行簡要介紹，并針對應(yīng)用廣泛的MgO-CaO耐火材料的優(yōu)缺點(diǎn)及其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】耐火材料；鎂碳磚；發(fā)展趨勢

轉(zhuǎn)爐從新爐開始到停爐的整個爐役期間煉鋼的總爐數(shù)成為爐襯壽命，簡稱爐齡，是反映鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理水平的關(guān)鍵指標(biāo)。合理選用耐火材料可以提高爐齡。目前國內(nèi)外普遍使用鎂碳磚作為耐火材料，但不同部位、不同工作環(huán)境下依然存在多種選擇。深入了解不同耐火材料的種類及其性質(zhì)，對于提高爐齡甚至整個鋼鐵企業(yè)的效益都會產(chǎn)生重要影響。

一、耐火材料分類

耐火材料一般是無機(jī)非金屬材料及其制品，他們在高溫環(huán)境下不容易發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)。耐火材料劃分方法很多，這里介紹兩種方式。（1）根據(jù)酸堿度劃分可分為酸性耐火材料、堿性耐火材料和中性耐火材料。其中，酸性耐火材料中SiO2等酸性氧化物含量較高，如石英玻璃制品、熔融石英制品、硅磚和硅質(zhì)不定形耐火材料。此外，鋯英石質(zhì)和碳化硅質(zhì)作為特殊酸性耐火材料也在此類。堿性耐火材料主要指的是氧化鎂、氧化鈣或二者混合物為主要成分的耐火材料，如鎂磚、鎂鋁質(zhì)、白云石質(zhì)材料等都屬此類。中性耐火材料指與酸性和堿性熔渣都不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，包括鋁質(zhì)和鉻質(zhì)耐火材料，其中高鋁質(zhì)耐火材料具有酸性傾向，鉻質(zhì)耐火材料則具有堿性傾向。（2）根據(jù)耐火原料種類可劃分為黏土質(zhì)材料、高鋁質(zhì)礦物材料、鎂質(zhì)礦物材料、硅質(zhì)礦物材料等。其中黏土質(zhì)材料主要化學(xué)成分是Al2O3和SiO2兩種氧化物，二者主要來自黏土礦物，此外后者也存在于微粒的石英。高鋁質(zhì)礦物材料主要來源于高鋁釩土、合成莫來石、藍(lán)晶石族礦物、工業(yè)氧化鋁和電熔剛玉等。鎂質(zhì)礦物材料主要來源有天然菱鎂礦、海水、鹽湖鹵水、白云石和蛇紋石等。硅質(zhì)礦物材料的礦物成分主要是石英，化學(xué)成分為SiO2，硅質(zhì)原料根據(jù)工藝分類主要包括結(jié)晶硅石、膠結(jié)硅石和硅砂。

二、耐火材料主要性能指標(biāo)

耐火材料性能主要包括物理性能和使用性能兩大類。（1）物理性能主要包括氣孔率、容重、真比重、吸水率和熱膨脹性。氣孔率主要指以耐火材料中氣孔體積占總體積的百分比；容重指包括全部氣孔在內(nèi)的單位體積的材料重量；真比重指不包括氣孔在內(nèi)的單位體積材料重量與4℃的水重量之比；吸水率指耐火原料中開口孔所吸收水的重量與磚塊重量之比；熱膨脹性指耐火材料熱脹冷縮的性質(zhì)，可用線膨脹率或體積膨脹率表示。（2）使用性能主要包括耐火度、荷載軟化溫度、熱穩(wěn)定性和抗渣性等。其中耐火度指耐火材料抵抗高溫二不發(fā)生變形的能力；荷載軟化溫度主要用于評定耐火材料的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，常見耐火材料的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度如表1所示；熱穩(wěn)定性主要指耐火材料抵抗溫度急劇變化而不破壞的性能，和材料本身的物理性能和尺寸形狀有關(guān)；抗渣性指耐火材料抵抗?fàn)t渣侵蝕的能力，受其化學(xué)性質(zhì)、工作溫度和材料的致密程度影響。

三、MgO-CaO耐火材料

（一）MgO-CaO耐火材料簡介

MgO-CaO作為堿性耐火材料，目前應(yīng)用較為廣泛，特別用于生產(chǎn)潔凈鋼和超低碳鋼等用途。結(jié)合第二節(jié)中的主要性能對MgO-CaO進(jìn)行分析可知，這類耐火材料主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）耐火度高，一般在1850℃以上；（2）抗渣性能好，由于CaO活性大，可以與渣中的SiO2反應(yīng)生成C2S和C3S并使渣的黏度增大，阻止渣繼續(xù)向磚的內(nèi)部侵入；（3）抗熱震性能好，游離的CaO在高溫下的再結(jié)晶作用使裂紋在使用中自動愈合，蠕變性能和高溫韌性好。此外，我國白云石礦藏豐富，對于推廣MgO-CaO耐火材料起到了積極作用。但是MgO-CaO依然存在諸多缺點(diǎn)，主要在于其對燒結(jié)溫度要求較高、低壓下容易剝落和抗水化性較差，如何克服這些不足成為了制約MgO-CaO耐火材料研究和推廣的關(guān)鍵。

（二）MgO-CaO耐火材料未來研究重點(diǎn)

為了進(jìn)一步推廣MgO-CaO耐火材料，科研工作者需要在以下幾個方面進(jìn)行著重研究：（1）提高M(jìn)gO-CaO耐火材料中CaO的含量，從而提高凈化鋼液效果和抗渣能力；（2）提高M(jìn)gO-CaO耐火材料抗水化性能，包括不燒MgO-CaO耐火材料的研制和各種添加劑的效果研究；（3）從包裝密封等工藝角度入手，研發(fā)真空包裝技術(shù)和材料，延長儲存時間。

四、結(jié)論

本文首先對轉(zhuǎn)爐耐火材料的分類及性能指標(biāo)進(jìn)行了分析，然后對其中一類堿性耐火材料，即MgO-CaO耐火材料進(jìn)行了介紹，包括其優(yōu)勢和不足之處，并對該材料的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了總結(jié)。

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