王桂鹏 吕佳
鞍山市奥鞍耐火材料有限责任公司 辽宁鞍山114000
摘要：为了满足电炉炼钢的技术发展需求，国内外开发了一系列高性能的耐火材料，并推广应用。这些耐火材料不仅具有高温结构稳定、抗剥落、耐磨损、抗渣性好的特征，而且体现出新时代节能降耗、绿色环保的发展理念。随着电炉炼钢领域的兴起，电炉用耐火材料必将得到更好的发展。基于此，本文主要对炼钢电炉用耐火材料的现状和发展进行分析探讨。
关键词：炼钢电炉；耐火材料；现状；发展
前言
电炉炼钢以废钢为原料，具有其独特的发展优势。研究表明，用废钢直接炼钢和用矿石炼铁后再炼钢相比，基建投资少，可节约能源60%，节水40%，减少废气排放86%，减少废渣97%。同时由于直接还原炼铁的发展，为电炉提供金属化球团代替大部分废钢并推动了电炉炼钢的发展。目前的炼钢电炉正在向大型化、超高功率以及自动控制等方向发展。随着电炉炼钢技术的发展，对所用的耐火材料必然提出更高的要求，炼钢电炉用耐火材料的现状和发展必将成为大家关注的焦点。
1、炼钢电炉用耐火材料的现状
1.1耐火材料选用应考虑的问题
对炼钢设备而言，耐火材料最基本的性能要求是保证在使用中不变形，不软化，并保持一定的强度。因此，首先要考虑耐火材料的高温耐压强度、荷重软化温度和重烧线变化等。
其次，要考虑炼钢设备的反应氛围。某些耐火材质对氛围较为敏感，如含碳量比较高的耐火材料，在氧化性氛围下极易氧化，不适合在氧化性氛围强的条件下使用。因此，要考虑耐火材料的组成材质及含量。
最后要考虑的因素是材料的体积密度与显气孔率。炼钢设备在生产过程中，耐火材料会不可避免地与高温钢水直接接触。如果耐火材料致密程度不足，气孔过多，钢水会沿气孔渗入耐火材料，使材料的结构组织发生变化，当温度变化时，材料会熔损剥落。
1.2电炉用耐火材料
电炉在炼钢过程中，主要为精炼炉提供碳、磷和温度符合规范的钢水，同时利用脱碳过程中剧烈的碳氧反应，对钢水起去气、去夹杂的作用。根据电炉的工作环境，耐火材料需要满足三方面要求。
（１）因为脱磷需要在高碱度下进行，需加入大量石灰，且脱碳需要在高温下进行，所以所用耐火材料在高温下需能抗高碱性炉渣的侵蚀，即具有高温化学稳定性和较强的高温力学性能。
（２）重机行业的炼钢属于间断式生产，电炉冶炼时温度很高，停炉出钢后，炉体会在短时间内降至较低温度，这就要求耐火材料具有良好的抗热震稳定性。
（３）电炉基本以废钢为炉料，在加料时，炉体会承受极大的冲击力，要求耐火材料具有抗机械冲击的能力。
1.3精炼包用耐火材料
精炼炉于２０世纪７０年代在日本发明，其实质是将电炉的还原与合金化处理安排至精炼炉内进行，使电炉专门用于生产粗炼钢水，以提高生产效率，同时发挥精炼炉底吹氩气搅拌钢液的优势，使钢液的成分和温度均匀化，促进钢液内夹杂物上浮，提高钢液品质。
随着铸锻件产品要求越来越高，精炼炉已经是炼钢过程中不可缺少的设备。精炼炉的主要任务是对钢液进行脱氧、脱硫和合金化处理，由于90%以上的钢锭都对氢、氧等气体含量有要求，因此钢液基本都需要经过真空处理，通常要求真空前的钢水温度不低于１６６０℃。
由精炼炉的使用情况可知，精炼包的工作环境为直接接触强氧化性、高碱度和高温的钢水，需要耐火材料具有良好的高温化学与力学性能，以及良好的抗渣性能等。
精炼包耐火材料主要包括工作层、透气砖、滑动水口系统等。鉴于镁碳砖材料在电炉上的成功应用，目前国内精炼包的工作层主要采用高温性能较为稳定的镁碳砖材质。重机厂的精炼包为间歇生产使用，滑板和水口基本使用两次左右就进行更换，所以耐火材料选用铝碳质，即以钒土、刚玉、莫来石等铝基材料和碳为主要原料，其特点是短时间内具有良好的高温性能，比较适合重机厂的生产节奏特点。透气砖是精炼包的关键部件，在放入钢水前后要经受800～1700℃的剧烈温度变化，同时要承受钢水的冲刷磨损、化学侵蚀等，目前主流的透气砖材质以Al2O3为基体，如刚玉尖晶石、镁铝尖晶石、铝镁铬质、铬刚玉质等。
2、炼钢电炉用耐火材料的现状和发展
2.1自动化、智能化全面提升耐火材料制造水平
提升生产管理过程的数字化、自动化和智能化水平已经成为制造业转型的主要手段和方式。而所谓智能，就是一个包含了感知、认识、学习、调整和适应等环节的循环过程，可以根据目标做出决策并采取行动以得到所期望的效果。其中，知识是智能实现的基础，智力是获取和运用知识求解的能力。智能制造的实践过程就是让企业可以通过对设备运行数据的采集和分析，实现对生产制造过程进行诸如推理、判断、构思和决策等智能活动。终让机器延伸或部分地取代人类专家在制造过程中的体力和脑力劳动，把制造自动化扩展到柔性化、智能化和高度集成化。目前，中国耐火材料制造过程中人工参与程度很高，自动化、智能化程度很低，对我国耐火材料迈向强国行列极其不利。因此，耐火材料企业要积极将智能制造系统引入到耐火材料生产制造业中，有效提高生产效率和降低成本，提升耐火材料整体制造水平。
2.2自动化、智能化提高耐火材料产品质量和稳定性
推动耐火材料生产、应用的自动化、智能化水平，有利于提高耐火材料质量及其稳定性，降低优质耐火材料的生产成本，减少人为因素对产品稳定性的不利影响如建立耐火材料生产与应用的数据库，实现从原料处理、产品成型、烧成与应用工艺的计算机数学模型控制，强化对产品及应用过程全面的无损检测，确保产品应用的安全性，同时及时跟踪耐火材料产品终端使用效果情况，分析和反馈给科研、制造端，精准反应存在问题并调整工艺配方，形成一个良性的循环，不断提高耐火材料产品质量。
2.3轻量化
随着节能环保要求的提高，窑炉轻量化已成为发展的必然趋势。低导热节能型耐火材料的开发，主要体现在如下方面:①使用轻质骨料设计材料结构，在保证材料所必须的抗侵蚀性、强度等功能性前提下实现轻量化;②微孔技术，添加烧失物控制气孔微细化和均匀化;③多层梯度复合技术，研究结构耐火材料复合界面的热匹配稳定性调控技术，制备梯度轻量化耐火材料。国内某耐材公司开发出了低密度烧成镁砖，体积密度为2.75～2.80g/cm3，显气孔率高达23%，主要用于电炉等工业窑炉的永久衬，具有轻质、隔热的功能，属于良好的节能型产品。其主要组成为:MgO 91.0%、CaO 2.5%，常温耐压强度≥40MPa，0.2MPa荷重软化温度≥1500℃。
3、结束语
电炉炼钢以废钢为原料，具有其独特的发展优势。研究表明，用废钢直接炼钢和用矿石炼铁后再炼钢相比，基建投资少，并可节约能源60%，节水40%，可减少废气排放86%，废渣97%。同时由于直接还原炼铁的发展，为电炉提供金属化球团代替大部分废钢，推动了电炉炼钢的发展。目前的炼钢电炉正在向大型化、超高功率以及自动控制等方向发展。随着电炉炼钢技术的发展，对所用的耐火材料必然提出更高的要求，炼钢电炉用耐火材料的现状和发展必将成为大家关注的焦点。
参考文献：
［1］彭锋，李晓．中国电炉炼钢发展现状和趋势［J］．钢铁，2017，52(4):7－12．
［2］闫启平．2009年中国废钢铁市场及前景分析［J］．资源再生，2009(1):30．
［3］ 黄华， 蔡继明． 现代电炉炼钢技术发展趋势［J］ ． 特钢技术，2006， 12( 4) : 58 －62．