耐火材料是鋼鐵(tiě)工業的基礎性材料。耐材工業和鋼鐵工業相互促進,共同發展。隨著我國經濟進入新常態,鋼鐵(tiě)工業出(chū)現了一係列新特征:產能(néng)過(guò)剩,盈利能力下降(jiàng),環境資源約束增強,轉型升級麵臨更多挑戰(zhàn)等。鋼鐵工業的新常態對處於產業鏈上遊(yóu)的耐材工業提出了新要求、新思維並促生新(xīn)變化。耐材的性能(néng)及(jí)應用近年來呈現特性化、多元化、精細化、高(gāo)效化和低耗化的特點,耐火原料的(de)發展必須(xū)與之相適應,也將向多(duō)元化、豐富化、特(tè)色化等新態勢演變。
1 對耐火原(yuán)料新要求的多元(yuán)體現
1.1 綠色環保的(de)新要求
1.1.1 滿足潔淨鋼冶煉的要(yào)求
潔淨鋼冶煉對煉鐵、煉鋼用相關輔料和耐材減少和避免汙染鐵水(shuǐ)、鋼水方麵(miàn)提(tí)出了新的要求。研究和實踐發現,鋁矽係(xì)耐材對鋼水會有所汙染,鎂質材料不汙染,而含(hán)有遊離CaO的(de)材料則非但不汙染,還有潔淨鋼水的作用。為此,有良好抗水化性的燒結(jié)和電熔含遊離(lí)CaO的鎂鈣原料受到青睞。
為了(le)減少(shǎo)含碳(tàn)耐材對鋼水的增(zēng)碳汙染,需要降低碳複合耐材的碳含量。為了(le)消除降(jiàng)碳對抗熱震、抗侵蝕等性能的副作用,需(xū)要引入彌散化(huà)碳源。促進了適合耐火材(cái)料用各種納米碳源如炭黑、納米碳管、石墨烯的研發和生產。
為了減少中間包工作襯對精煉後鋼水的"回磷"作用,開發了低(dī)磷或無磷的結合體係。2.1.2 滿足鋼鐵工業"綠色化"的要求
鑒於Cr6+有致癌作用,含鉻耐材已被列入限製使用(yòng)的產品,用低鉻(gè)和無鉻新材(cái)料取(qǔ)代含(hán)鉻材料勢在必(bì)行。如高性能鎂碳磚、鎂鋁尖晶石磚、鎂鋯磚等應用(yòng)於RH 等精煉爐,可取代傳統(tǒng)的鄂(è)爾多斯鎂鉻磚。
高爐出(chū)鐵口(kǒu)用的炮泥(ní)普遍采用焦油做結合劑(jì),為(wéi)減少生產和使用(yòng)過程中對環(huán)境的汙染,促使人們開發新的(de)環保型結合劑(jì)。
為了減少傳統矽酸鋁耐火纖維(wéi)在生產、加工、使用(yòng)安裝、用後處理等過(guò)程對環境及人體的危害,生物可降解鈣鎂矽係耐火纖維已被開發使用。
1.1.3 滿足鋼鐵工業節(jiē)能減排的要求
作為工(gōng)業(yè)爐襯材料,采用節能型耐材勢在必(bì)行。近幾年開發和應(yīng)用的有利於(yú)節能的新原料有:微(wēi)孔結(jié)構輕質(zhì)莫來石(shí)-質原料、莫來(lái)石質中空球、輕量化微孔燒結氧化鋁、CA6-MA 複相(xiàng)輕質骨料、橄欖石輕質料、尖晶石輕質料、納米孔二氧化矽粉體及其聚合體等(děng)。
1.2 發展經濟型耐材
目前,與耐火原料產(chǎn)業鏈(liàn)相關的(de)耐(nài)材行業、鋼鐵工(gōng)業處於低迷期,低價中標成為該供應鏈關係(xì)的方向標。另一方麵,有的高品位天然礦物原(yuán)料如高鋁礬土逐漸枯竭,礦石品位下降且品質波動增大,靠原料提高(gāo)性能、廉價原料降低成本的技術(shù)配置路線逐(zhú)漸走到盡頭。受(shòu)此取向的引導,廉價型、經濟型耐(nài)火原料和(hé)製品(pǐn)將成為大趨勢。
低消耗是經濟型耐材的主要發展方向。原料實現低消耗的主要方向是擴大天然生料、輕燒料、再生料的(de)使用範圍。為保證耐(nài)材的高溫體積穩定性,天然原料多須在高溫下燒結或電熔(róng),使(shǐ)其達(dá)到瘠性化,盡可能趨於熱力學平衡態(tài)。這會導致能耗高,也(yě)會造成(chéng)一定程度的能力富餘,某種意義上造成隱形資源(yuán)和能源浪費。可開發和應用比傳統燒結(jié)溫度有所降低(dī)的非平衡(héng)態原料,甚至可直接加入(rù)一定量的天然生料,在一定程度上降低耐材的能耗。
已有研究表明,添加一定量天然生料的澆注料有良好的效果,生料受(shòu)熱後分解逸出的(de)氣體形成通道,有助於提(tí)高抗爆裂性能(néng)。在鋁矽(guī)澆注料中加入生煤(méi)矸(gān)石或輕燒煤矸石,受(shòu)熱後生成原位莫來石,可提高其熱(rè)態抗折強度、荷重軟化溫度(dù),改善抗(kàng)熱震性(xìng),同(tóng)時(shí)也有助於實現重質(zhì)材(cái)料(liào)的輕量化。
麵對(duì)高品位礦漸(jiàn)趨枯竭,低品位礦日益成為主要原料來源的現(xiàn)狀,人們須重新考量原料和製品指標的科學性、合理性和適應性,優(yōu)化原料配(pèi)置,使其更具優良的和有競爭力的性(xìng)價比。應考慮適當降(jiàng)低某些非(fēi)熔體衝(chōng)刷、侵蝕部位所用高鋁質耐材的A12O3 含(hán)量和體積密度,放寬(kuān)對某些
中低溫部位所用鋁矽質耐材雜質含量的要求。
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