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耐火原料多元化发展适应钢铁工业新常态

耐火原料多元化发展适应钢铁工业新常态

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  耐火材料是钢铁工业的基础性材料。耐材工业和钢铁工业相互促进,共同发展。随着我国经济进入新常态,钢铁工业出现了一系列新特征:产能过剩,盈利能力下降,环境资源约束增强,转型升级面临更多挑战等。钢铁工业的新常态对处于产业链上游的耐材工业提出了新要求、新思维并促生新变化。耐材的性能及应用近年来呈现特性化、多元化、精细化、高效化和低耗化的特点,耐火原料的发展必须与之相适应,也将向多元化、丰富化、特色化等新态势演变。

  1 对耐火原料新要求的多元体现

  1.1 绿色环保的新要求

  1.1.1 满足洁净钢冶炼的要求

  洁净钢冶炼对炼铁、炼钢用相关辅料和耐材减少和避免污染铁水、钢水方面提出了新的要求。研究和实践发现,铝硅系耐材对钢水会有所污染,镁质材料不污染,而含有游离CaO的材料则非但不污染,还有洁净钢水的作用。为此,有良好抗水化性的烧结和电熔含游离CaO的镁钙原料受到青睐。

  为了减少含碳耐材对钢水的增碳污染,需要降低碳复合耐材的碳含量。为了消除降碳对抗热震、抗侵蚀等性能的副作用,需要引入弥散化碳源。促进了适合耐火材料用各种纳米碳源如炭黑、纳米碳管、石墨烯的研发和生产。

  为了减少中间包工作衬对精炼后钢水的"回磷"作用,开发了低磷或无磷的结合体系。2.1.2 满足钢铁工业"绿色化"的要求

  鉴于Cr6+有致癌作用,含铬耐材已被国家列入限制使用的产品,用低铬和无铬新材料取代含铬材料势在必行。如高性能镁碳砖、镁铝尖晶石砖、镁锆砖等应用于RH 等精炼炉,可取代传统的镁铬砖。

  高炉出铁口用的炮泥普遍采用焦油做结合剂,为减少生产和使用过程中对环境的污染,促使人们开发新的环保型结合剂。

  为了减少传统硅酸铝耐火纤维在生产、加工、使用安装、用后处理等过程对环境及人体的危害,生物可降解钙镁硅系耐火纤维已被开发使用。

  1.1.3 满足钢铁工业节能减排的要求

  作为工业炉衬材料,采用节能型耐材势在必行。近几年开发和应用的有利于节能的新原料有:微孔结构轻质莫来石-质原料、莫来石质中空球、轻量化微孔烧结氧化铝、CA6-MA 复相轻质骨料、橄榄石轻质料、尖晶石轻质料、纳米孔二氧化硅粉体及其聚合体等。

  1.2 发展经济型耐材

  目前,与耐火原料产业链相关的耐材行业、钢铁工业处于低迷期,低价中标成为该供应链关系的方向标。另一方面,有的高品位天然矿物原料如高铝矾土逐渐枯竭,矿石品位下降且品质波动增大,靠高档原料提高性能、廉价原料降低成本的技术配置路线逐渐走到尽头。受此取向的引导,廉价型、经济型耐火原料和制品将成为大趋势。

  低消耗是经济型耐材的主要发展方向。原料实现低消耗的主要方向是扩大天然生料、轻烧料、再生料的使用范围。为保证耐材的高温体积稳定性,天然原料多须在高温下烧结或电熔,使其达到瘠性化,尽可能趋于热力学平衡态。这会导致能耗高,也会造成一定程度的能力富余,某种意义上造成隐形资源和能源浪费。可开发和应用比传统烧结温度有所降低的非平衡态原料,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,添加一定量天然生料的浇注料有良好的效果,生料受热后分解逸出的气体形成通道,有助于提高抗爆裂性能。在铝硅浇注料中加入生煤矸石或轻烧煤矸石,受热后生成原位莫来石,可提高其热态抗折强度、荷重软化温度,改善抗热震性,同时也有助于实现重质材料的轻量化。

  面对高品位矿渐趋枯竭,低品位矿日益成为主要原料来源的现状,人们须重新考量原料和制品指标的科学性、合理性和适应性,优化原料配置,使其更具优良的和有竞争力的性价比。应考虑适当降低某些非熔体冲刷、侵蚀部位所用高铝质耐材的A12O3 含量和体积密度,放宽对某些

  中低温部位所用铝硅质耐材杂质含量的要求。

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