转炉耐火材料与发展趋势简述

宋朝琦

【摘要】转炉用耐火材料是提高炉龄的关键。目前镁碳砖应用较为广泛，但不同部位、不同工作环境下依然存在多种选择。本文对耐火材料的分类及性能指标进行简要介绍，并针对应用广泛的MgO-CaO耐火材料的优缺点及其未来发展趋势进行了探讨。

【关键词】耐火材料；镁碳砖；发展趋势

转炉从新炉开始到停炉的整个炉役期间炼钢的总炉数成为炉衬寿命，简称炉龄，是反映钢铁企业生产管理水平的关键指标。合理选用耐火材料可以提高炉龄。目前国内外普遍使用镁碳砖作为耐火材料，但不同部位、不同工作环境下依然存在多种选择。深入了解不同耐火材料的种类及其性质，对于提高炉龄甚至整个钢铁企业的效益都会产生重要影响。

一、耐火材料分类

耐火材料一般是无机非金属材料及其制品，他们在高温环境下不容易发生物理化学反应。耐火材料划分方法很多，这里介绍两种方式。（1）根据酸碱度划分可分为酸性耐火材料、碱性耐火材料和中性耐火材料。其中，酸性耐火材料中SiO2等酸性氧化物含量较高，如石英玻璃制品、熔融石英制品、硅砖和硅质不定形耐火材料。此外，锆英石质和碳化硅质作为特殊酸性耐火材料也在此类。碱性耐火材料主要指的是氧化镁、氧化钙或二者混合物为主要成分的耐火材料，如镁砖、镁铝质、白云石质材料等都属此类。中性耐火材料指与酸性和碱性熔渣都不容易发生化学反应，包括铝质和铬质耐火材料，其中高铝质耐火材料具有酸性倾向，铬质耐火材料则具有碱性倾向。（2）根据耐火原料种类可划分为黏土质材料、高铝质矿物材料、镁质矿物材料、硅质矿物材料等。其中黏土质材料主要化学成分是Al2O3和SiO2两种氧化物，二者主要来自黏土矿物，此外后者也存在于微粒的石英。高铝质矿物材料主要来源于高铝钒土、合成莫来石、蓝晶石族矿物、工业氧化铝和电熔刚玉等。镁质矿物材料主要来源有天然菱镁矿、海水、盐湖卤水、白云石和蛇纹石等。硅质矿物材料的矿物成分主要是石英，化学成分为SiO2，硅质原料根据工艺分类主要包括结晶硅石、胶结硅石和硅砂。

二、耐火材料主要性能指标

耐火材料性能主要包括物理性能和使用性能两大类。（1）物理性能主要包括气孔率、容重、真比重、吸水率和热膨胀性。气孔率主要指以耐火材料中气孔体积占总体积的百分比；容重指包括全部气孔在内的单位体积的材料重量；真比重指不包括气孔在内的单位体积材料重量与4℃的水重量之比；吸水率指耐火原料中开口孔所吸收水的重量与砖块重量之比；热膨胀性指耐火材料热胀冷缩的性质，可用线膨胀率或体积膨胀率表示。（2）使用性能主要包括耐火度、荷载软化温度、热稳定性和抗渣性等。其中耐火度指耐火材料抵抗高温二不发生变形的能力；荷载软化温度主要用于评定耐火材料的高温结构强度，常见耐火材料的高温结构强度如表1所示；热稳定性主要指耐火材料抵抗温度急剧变化而不破坏的性能，和材料本身的物理性能和尺寸形状有关；抗渣性指耐火材料抵抗炉渣侵蚀的能力，受其化学性质、工作温度和材料的致密程度影响。

三、MgO-CaO耐火材料

（一）MgO-CaO耐火材料简介

MgO-CaO作为碱性耐火材料，目前应用较为广泛，特别用于生产洁净钢和超低碳钢等用途。結合第二节中的主要性能对MgO-CaO进行分析可知，这类耐火材料主要有以下优点：（1）耐火度高，一般在1850℃以上；（2）抗渣性能好，由于CaO活性大，可以与渣中的SiO2反应生成C2S和C3S并使渣的黏度增大，阻止渣继续向砖的内部侵入；（3）抗热震性能好，游离的CaO在高温下的再结晶作用使裂纹在使用中自动愈合，蠕变性能和高温韧性好。此外，我国白云石矿藏丰富，对于推广MgO-CaO耐火材料起到了积极作用。但是MgO-CaO依然存在诸多缺点，主要在于其对烧结温度要求较高、低压下容易剥落和抗水化性较差，如何克服这些不足成为了制约MgO-CaO耐火材料研究和推广的关键。

（二）MgO-CaO耐火材料未来研究重点

为了进一步推广MgO-CaO耐火材料，科研工作者需要在以下几个方面进行着重研究：（1）提高MgO-CaO耐火材料中CaO的含量，从而提高净化钢液效果和抗渣能力；（2）提高MgO-CaO耐火材料抗水化性能，包括不烧MgO-CaO耐火材料的研制和各种添加剂的效果研究；（3）从包装密封等工艺角度入手，研发真空包装技术和材料，延长储存时间。

四、结论

本文首先对转炉耐火材料的分类及性能指标进行了分析，然后对其中一类碱性耐火材料，即MgO-CaO耐火材料进行了介绍，包括其优势和不足之处，并对该材料的未来发展趋势进行了总结。

参考文献

[1]田志国.转炉护炉实用技术[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[2]王宏联，崔庆阳，薛群虎.MgO-CaO耐火材料性能研究进展[J].耐火材料，2010（01）.

[3]许富强.MgO-CaO系高温材料制备及性能研究[D].郑州：郑州大学，2014.