耐火材料是鋼鐵工業的基(jī)礎性材料。耐材工業和鋼鐵工業相互促進,共同發(fā)展。隨著我國經濟進入新常態,鋼鐵工業出現了(le)一(yī)係列新特征:產能過剩,盈利能(néng)力下降,環(huán)境資源(yuán)約束增強,轉型升級麵臨更多挑戰等。鋼鐵工業的新常態對處於產業鏈上遊的耐材工業(yè)提出了新要求、新思維並促生新變化。耐材的性能及(jí)應用近年來(lái)呈現特(tè)性化(huà)、多元化、精細化、高效化和低(dī)耗化的(de)特點,耐火原料的發展必須與(yǔ)之相適應,也將向多元化、豐富化、特色化等新態勢演變。
1 對耐火原料新要求的多元(yuán)體現
1.1 綠色環保的新要(yào)求
1.1.1 滿足潔淨鋼冶煉的要求
潔淨鋼(gāng)冶煉對煉(liàn)鐵、煉(liàn)鋼用相關輔(fǔ)料和耐材(cái)減(jiǎn)少和避(bì)免汙染鐵水、鋼水方麵(miàn)提出了新的要求。研究和實踐發現,鋁矽係耐材對鋼水會有(yǒu)所汙染,鎂(měi)質(zhì)材料不汙染,而含有遊(yóu)離CaO的材料則(zé)非但不(bú)汙染,還有潔(jié)淨鋼水的作用。為此,有良好抗水化性的(de)燒結和電熔含(hán)遊離CaO的鎂鈣原料受(shòu)到青睞。
為了減少含碳耐材對鋼水的增碳汙(wū)染,需要降低碳複合耐材的碳含量。為了(le)消除降碳對抗(kàng)熱(rè)震、抗侵蝕等性能的副作用,需(xū)要引入(rù)彌散化碳源。促進(jìn)了適合耐火材料用各種納米碳源如炭黑、納米(mǐ)碳(tàn)管、石墨烯的研發和生產。
為了減少中間包(bāo)工作襯對精煉後鋼水的"回磷"作用,開發了低(dī)磷(lín)或無磷的結合體係。2.1.2 滿足鋼鐵(tiě)工業"綠色(sè)化"的要求
鑒於Cr6+有致癌(ái)作用,含鉻(gè)耐材已被列入限製使用的產品,用低(dī)鉻和無鉻新材(cái)料取代含鉻材料勢在必行。如高性能鎂碳磚、鎂鋁尖晶石磚、鎂鋯磚等應用於RH 等(děng)精煉爐,可取代傳統的濟寧鎂(měi)鉻磚。
高爐出(chū)鐵口用的炮泥普遍采用焦油做結合劑,為減少生(shēng)產和使用過程中對環境(jìng)的汙染,促使人們開(kāi)發新(xīn)的環保型結合劑。
為了減少傳(chuán)統矽酸鋁耐火纖維在生產(chǎn)、加(jiā)工、使用安裝、用後處理等過程對環境及人(rén)體的危(wēi)害,生物可降解鈣(gài)鎂(měi)矽係耐火纖維(wéi)已被開發使用。
1.1.3 滿足鋼鐵工業節能減排的要求(qiú)
作為(wéi)工業(yè)爐襯材料,采用節能型耐材勢在必行。近幾年開發(fā)和應用的有利於節(jiē)能的新原料有:微孔(kǒng)結構輕質莫來石(shí)-質(zhì)原料、莫(mò)來石質中空(kōng)球、輕量化微孔燒結氧化鋁、CA6-MA 複相輕質骨料、橄欖石輕(qīng)質料(liào)、尖(jiān)晶石(shí)輕質料、納米孔二氧化矽粉體(tǐ)及(jí)其聚合(hé)體等(děng)。
1.2 發展經濟型耐材
目前,與耐火原料產業鏈相關的耐材行業、鋼鐵工業處(chù)於低迷期,低價中(zhōng)標成為該供應鏈關係的方向標。另一方麵,有的高品位天然礦物原料如高鋁礬土逐漸枯竭,礦石品位下降且品質波動增大,靠原料提高性能、廉價原料降低成本(běn)的技術配置路線逐漸走到盡頭。受此取向(xiàng)的引導,廉價型、經濟型耐火原料和製品將成為大趨勢。
低消耗是經濟(jì)型耐材的主要發展(zhǎn)方向。原料(liào)實現低消耗的主要方向是擴大天然生料、輕燒料、再生料的使用範圍。為保證耐材的高溫體積穩定性,天然原料多須在高溫下燒結或電熔,使其達到瘠性化,盡可能(néng)趨於熱力學平衡態。這會導(dǎo)致能耗高,也會造成一定程度的能力富餘,某種意義上(shàng)造成隱(yǐn)形資源和能源浪費。可開發和應用比傳統燒結溫度有所降低的非平衡態原料,甚至可直接加入一定量的天然生料,在一定程度上降低耐材的能耗。
已有研究表明,添加一(yī)定量天然生料的澆注料有良好的效果,生料受熱後分解逸出的氣體形(xíng)成通道,有助於提高抗爆裂性能。在鋁(lǚ)矽澆注料中加入生煤矸石(shí)或輕燒煤矸石,受(shòu)熱後生成原位莫來石(shí),可提高其熱態抗折強(qiáng)度、荷重軟化溫度,改善抗熱震(zhèn)性,同時也有助(zhù)於(yú)實現重質材料的輕量(liàng)化。
麵對高(gāo)品位礦漸趨枯竭,低品位礦日益成為主要原料來源的現狀,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,優化原料配置,使其更(gèng)具優良的和有競爭力的性價比。應考慮(lǜ)適當降低某些非熔體衝刷、侵(qīn)蝕部位所用高(gāo)鋁質耐(nài)材的A12O3 含(hán)量和體積密度,放寬對(duì)某些
中低溫部位所(suǒ)用鋁矽質耐材雜質含量的(de)要(yào)求。
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