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武汉科技大学材料与冶金学院1中国钢铁工业用耐火材料发展新动态武汉科技大学汪厚植武汉科技大学材料与冶金学院前言耐火材料是高温工业热工装备的结构和功能材料，是钢铁、有色金属、建材、石化、能源、环保、电子、国防基础工业领域重要基础材料。耐火材料是材料学的一个重要分支，它随着材料学研究方法，相关理论的进展而进步。钢铁工业是耐火材料的最大用户，所消耗的耐火材料占其总量的60-70%，耐火材料行业随着钢铁行业的发展而发展。武汉科技大学材料与冶金学院1.中国钢铁工业发展趋势中国钢铁工业发展应满足国内需求，新型钢铁冶金技术必然按照社会生态文明建设的方向发展，应具有以下社会功能：钢铁产品制造功能；高效能源转换功能；大宗社会废弃物处理功能。目前，我国正在发展新一代可循环钢铁生产流程。由于我国铁矿石资源主要来自海外，未来有可能形成大型钢厂主要分布在沿海地区、内地钢厂向名优特钢及再生利用方向发展的格局。武汉科技大学材料与冶金学院2.我国耐火材料工业发展历程我国耐火材料发展大致可以分为3个阶段：新生阶段——解放之后至改革开放初期发展阶段——自宝钢引进工程至20世纪末结构调整和升级阶段——进入21新世纪武汉科技大学材料与冶金学院新生阶段耐火材料工业处于品种单一，生产技术落后的状态，与世界先进技术差距很大，在苏联的援建下，耐火材料生产才从作坊式转变为工业化生产。焦宝石、铝矾土、菱镁矿、石墨等资源工业化开采，并出口创汇。某些大宗产品，如电炉顶高铝砖，平炉顶镁铝砖也达到了较高技术水平。武汉科技大学材料与冶金学院发展阶段在宝钢引进国外耐火产品技术的带动下，国家组织相关人员进行技术攻关，技术引进、消化吸收、再创新，围绕钢铁工业发展急需的耐火材料持续进行开发研究。国产耐材不仅满足了钢铁工业发展需要，而且逐步扩大出口，逐步达到了世界中上水平。我国中低档耐火材料仍占据国内市场主流，使我国耐火材料消耗量过大，处于较低的使用水平。如日本和欧洲的吨钢耐火材料消耗为8.5～10Kg，北美12Kg，我国平均为26Kg，宝钢达到的最好水平是9.3Kg。武汉科技大学材料与冶金学院结构调整和升级阶段进入新世纪，在高温工业高速增长的带动下，耐火材料工业发展迅速，中国已成为世界耐火材料的生产基地——最大的生产和出口国，最大的消费国。2007年全国耐火原材料总产量达到4122万吨，耐火材料产量约2000万吨，实现销售收入1091亿，实现利润89亿元，销售收入利润率8.18%。2006年出口耐火制品176万吨，创汇8.35亿美元，综合平均价格472美元/吨，2007年出口耐火制品163万吨，创汇8.5亿美元，综合平均价格519美元/吨，出口价格稳步上升。2006年耐火原料出口900多万吨，2007年7武汉科技大学材料与冶金学院下降至550万吨。主要出口国为：日本、印度、韩国、美国、俄罗斯、欧盟。耐火材料生产基地主要分布在耐火原料产地和大型钢铁企业周边地区。主产地是河南、辽宁、山东、山西、浙江、河北、江苏七省，占全国耐火材料产量的91.5%，销售收入87.7%，利润的90.1%，尤其河南、辽宁、山东三省占总量的70%以上。世界知名耐火材料企业逐步向中国转移，目前已有10个国家的42家耐火材料公司在我国建厂生产，它们用自己的品牌、产品的稳定性和市场信誉，占据了本应属于我国耐火企业可以占据的市场，我国耐火企业面临巨大挑战，进入产业结构调整和升级的发展阶段。武汉科技大学材料与冶金学院3.我国耐火材料面临的主要问题和发展思路面临的问题：国内耐火企业“小、多、散”，各自为战，无序竞争，互相残杀，品牌意识差，环保意识薄弱。原料资源丰富，但已供不应求，品质显著下降，价格大幅上涨，废弃耐火材料循环利用率低。耐材出口面临非关税贸易壁垒的威胁，贸易摩擦多，品牌少，影响力小。耐材科技成果大多靠引进吸收外国技术，原创性重大技术成果太少。9武汉科技大学材料与冶金学院发展思路：以国内国际两个市场为导向，控制耐火原料出口，鼓励高附加值耐材出口，以品牌和质量占领国际市场。满足高温炉长寿、环保节能、功能化的系列发展新需求。建立“用户友好，环境友好，资源节约”理念，造就集耐材生产、筑炉施工及使用维护一体化大型企业。充分利用我国耐火原料、市场、产业规模、人力资源优势，形成生产技术、应用和基楚研究一体化的开发创新体系，发展成为世界耐火材料研发中心。武汉科技大学材料与冶金学院4.钢铁工业用耐火材料主要技术进步炼铁用耐火材料：高炉：向大型化及长寿化发展，炉龄达到10-15年。开发了高导热超微孔炭砖：600℃热导率达到18-20W•m-1K-1，平均孔径达到0.1μm，1μm的孔容积率85%。高炉炉缸陶瓷杯用微孔刚玉砖、塞隆结合碳化硅砖或塞隆结合刚玉砖。高炉出铁钩：以提高通铁量为目标，对大型高炉开发了低水泥Al2O3-SiC-C质浇注料，使大型高炉通铁量由10万吨提高到15~18万吨以上。对中小型高炉开发了免烘烤树脂结合Al2O3-SiC-C质捣打料。11武汉科技大学材料与冶金学院铁水包、鱼雷罐：国内外普遍采用树脂结合的Al2O3-SiC-C砖。它是最常寿的铁水包材料，我国大量生产、使用和出口。由于价格因素，Al2O3-SiC-C砖生产所用原料品位在较大范围变动，寿命相差也很大。有的铁水包采用了浇注料和预制块。采用铁水脱硫工艺后铁水包寿命会显著下降，包底或包壁安装透气砖吹气逐渐被认可。脱硫喷枪多数采用莫来石质浇注料制造，加碳化硅改性，影响寿命因素较多炮泥：以便于高炉操作和保护炉缸为目标，开发了以焦油沥青为结合剂的高铝-碳化硅-焦炭-云母-粘土-添加剂组成的体系。树脂结合的环保型泡泥在我国尚未推广应用。12武汉科技大学材料与冶金学院熔融还原炉（corex）：与国外尚有较大差距，基本上靠进口。我国第一台Corex-3000炉缸所用耐火材料全部进口。高炉维护技术：湿式喷补技术、可塑喷补技术、优质压入料等与国外有差距。13武汉科技大学材料与冶金学院4.钢铁工业用耐火材料主要技术进步炼钢用耐火材料：转炉：溅渣护炉技术，使我国转炉炉龄达到世界先进水平，炉材采用镁碳砖，低碳镁碳砖还未推广使用。大面补炉料：普遍使用不环保的沥青结合镁质补炉料，少数厂采用了环保自流镁质大面补炉料，它可显著减少补炉时间，但价格昂贵。以偏硅酸钠为结合剂的环保、快硬补炉料，由于寿命短，只在急需快补时使用。14武汉科技大学材料与冶金学院直流电弧炉底导电材料：使用寿命不高，与世界先进水平差距较大。钢包：国内钢包耐火材料品种众多，品质档次相差很大，寿命相差也很大，从几十次到接近300次。渣线普遍使用镁碳砖，寿命与精炼、钢种、渣系直接相关，从几十次到100次以上，真空精炼炉主要采用镁钙砖或低碳镁碳砖。特殊钢种也有采用镁钙碳砖的。渣线始终是钢包的薄弱环节，修补应该是经济合理的途径之一，但普遍使用的镁质或镁铝质修补料一直不理想，最近某些工厂开始使用镁钙质半干喷补料取得了良好效果。15武汉科技大学材料与冶金学院大型钢包利用高纯铝镁（尖晶石）质预制块在我国取得最长寿命和不增碳的良好效果，一般在250次以上。树脂结合或无机盐结合的高纯铝镁（尖晶石）砖也是精炼钢包的主要包壁材料之一。铝镁（尖晶石）碳不烧砖长期以来是我国大中型钢包的主要材料。近年来，由于精炼增多，铝质原料价格大幅度提高，现在它已成功的转变为氧化镁为主的镁铝（尖晶石）碳质不烧砖。镁钙质烧成砖、不烧砖在我国至今主要用于不锈钢、帘线钢等特殊钢包，随着镁钙质原料的更大规模开发，防水化技术的进步，包装，使用经验的积累，有可能成为未来钢包的主要材质，因为这类含游离氧化钙的材料对洁净钢水是最有利的。武汉科技大学材料与冶金学院钢包包底材料在配套使用中将始终更关注耐钢水冲刷性和热应力状态，要求不会因为材料的过度膨胀而造成内部结构性破坏。在大型钢包中，冲击区安装优质大型预制块，在砌筑钢包水口、供气砖后，再用自流浇注料浇注是目前成功的办法之一。钢包是一个移动的精炼容器，根据钢种、渣系和精炼工艺中多项因素，可以采用计算机数值模拟方法研究钢包耐火材料砌体的作用应力、内应力、侵蚀。这对钢包的选材、砌筑、提高寿命乃至精炼工艺参数选取都可以提供一定参考性指导意见17武汉科技大学材料与冶金学院我国钢包的吨钢耐材消耗与国外有较大差距，国外通过套浇，钢包寿命有达到800次的。钢包的安全性监控，钢包保温也与国外有较大差距，在钢包上采用高强度的绝热板，再用自流浇注料固定，形成永久性保温层被证明是一种有效的方法。目前的障碍是进口的这类绝热板价格太高。在鱼雷罐、铁水包上采用这类材料也被证明是有效的。多数钢厂把中间包看成是可能造成钢水污染的场所，也有人提出“中包冶金”的概念，通过合理的流场、吹气等可以洁净钢水，所以，中包耐材不仅要有寿命，也应关注它对钢品质的影响。目前大型中包多用镁质涂料，小中包多用干式料。中包挡墙寿命与挡墙18武汉科技大学材料与冶金学院结构、复盖剂性质有关，中包长寿问题已较好解决。无碳化、高含CaO、能去微小夹杂物等尚在研究中。中包气幕挡墙被很多钢厂所关注。中包流场、温度场、杂质运动轨迹等是一个多因素的综合体系，采用计算机数值模拟方法研究是一个有效的方法。我国大量生产、使用和出口烧成铝碳、铝锆碳滑动水口，至今仍是多数钢包所用主材，只在钙处理钢种使用镶锆环的水口。在中小钢包上大量使用相对价廉的金属结合的不烧滑板。可能是配套的滑动机构或质量稳定性、管理方面的原因，使用次数与国外有差距，国外可达8-12次。19武汉科技大学材料与冶金学院连铸三大件：生产技术有了很大进步，基本满足钢厂需求，但世界最著名的连铸三大件生产公司在我国生产的连铸三大件产品在钢厂享有稳定性好的声誉。近终形连铸用的异型簿壁浸入式水口、陶瓷侧封板等，基本上是用外国公司的。20武汉科技大学材料与冶金学院5.结语耐火材料服务高温工业，高温工业促进耐火材料。生产企业、耐材用户和研究院校紧密的合作的研究体系，推动集生产技术、基础和应用研究于一体的最有效的创新机制。21武汉科技大学材料与冶金学院22谢谢！请提出宝贵建议！