钢铁行业耐火材料应用与管理中存在的问题探究与讨论.pdf

10Industry development 行业发展钢铁行业耐火材料应用与管理中存在的问题探究与讨论张岭摘要：我国耐火材料技术的发展主要体现在耐火材料的研发和制造上。然而，在应用方面，钢铁行业的冶金耐火材料技术差距不断扩大。与此同时，由于资源、能源和环境等因素的影响，耐火材料产业的发展离不开节能环保等技术的操作水平。因此，中国耐火材料产业的发展需要进行深入和系统的思考。本文对国内外耐火材料的生产与应用现状进行了探讨。关键词：钢铁行业；耐火材料；应用；管理在工业窑炉中，耐火材料是炉窑衬里结构中最为重要的一种材料，其性能的好坏直接影响着衬里的使用时限和使用效果。目前，国内的耐火材料已经由最初的冶金辅助材料向主体冶金原材料过渡，许多新的冶金产品、新材料的开发，都需要高质量的耐火材料。近几年，随着对国外耐火材料的分析，国内耐火材料产业发展迅速，已接近国际先进水平，有些产品已达国际先进水平。1 吨钢耐火材料应用分析1.1耐火材料应用成本控制狭义上来讲，这指的是耐火材料的生产成本；广义上来看，它不仅包括耐火材料本身的成本，还包括物流、施工和耐火材料质量等方面的成本。吨钢的耐火材料消耗量是指制造1吨钢材所需的耐火材料重量。事实上，吨钢和电钢的耐火材料消耗不是相互对立的，而是一个有机的整体。降低吨钢的耐火材料生产成本有两个主要途径。一是选择质量较差但价格低廉的耐火材料，虽然耐火材料用量较大，但可以实现电钢耐火材料的低成本；二是采用优质的耐火材料，尽管价格较高，但可以显著延长耐火材料的使用寿命，减少单耗。这同时可以降低由于耐火材料污染引起的钢液净化费用，并降低吨钢的生产成本。吨钢的耐火材料成本和耐火材料消耗量是衡量钢铁行业使用耐火材料的重要指标。由于不同公司有不同的想法和出发点，对这个指标的定义也不尽相同。观念上，国内大部分的钢铁企业采取了耐火材料区域整体承包方式。这种方式只考虑到耐火材料的成本，所以大多数企业只计算了每吨耐火材料的成本，而对于电钢的耐火材料消耗量没有进行控制。这就是电钢耐火材料成本的狭义概念。另外，由于国内耐火材料企业产能过剩，市场竞争日趋激烈，导致公司的盈利空间不断缩小，最后甚至出现亏损。企业不能在研发上投入更多资金，也不能提高产品品质。因为耐火材料的生产水平落后于钢铁冶炼技术，这将对炉身的使用产生一定影响。因此，电钢的耐火材料消耗量较大，使钢水因耐火材料的污染而增加净化成本。总体来说，整个钢铁企业的耐火材料成本都不会下降。而日本、韩国的先进钢铁企业更多地关注电钢耐火材料的成本观念。他们把重点放在耐火材料的质量上，而不是一味追求低价格。耐火材料生产商可以将大量资金用于开发和研究耐火材料，以适应我国钢铁工业的发展。他们研制了具有高效率、高寿命的耐火材料产品，延长了炉身使用寿命，减少了耐火材料的每吨钢消耗量。在冶金行业中，耐火材料是一种辅助材料，应将其与现代冶金结合起来，使其在整个生产过程中达到最小的生产成本。这是未来耐火材料发展的必然趋势。本文以转炉溅渣护炉的优缺点和钢包耐火材料的结构为例，论述了普通吨钢的成本优势。1.2 转炉溅渣护炉的优点与不足炼钢的主要炉具是转炉，其炉龄直接关系到转炉的生产组织，因此，转炉炉龄是衡量其综合技术和经济指标的重要因素。我国引进转炉炼钢技术后，转炉炼钢水平得到了极大的改善，炉龄也得到了显著提高，电钢炉衬的消耗量也显著减少。最初的研究表明，从工作时间和耐火材料的使用费用来看，转炉炉龄是最经济的。然而，如果继续延长炉龄，补料费用和维修时间也会随之增加。随着转炉炉龄的延长，耐火材料的使用费用也会随之增加。钢铁行业是一个能源密集型行业，溅渣护炉技术在节能和减排方面存在一定的缺陷。飞渣的添加会导致转炉温度降低，进而造成转炉热量的损失。溅渣护炉采用了大量溅渣护炉材料，其中以白云石为主要原料。这种做法不仅浪费了大量资源，还对环境造成了极大的损害。从冶炼效益和费用的角度来看，溅渣护炉会导致炉底上升，因为炉底存在较高黏渣。炉底上升容易阻塞通风透11Industry development 行业发展气砖，对高炉复吹冶炼的效果有很大影响。一般情况下，溅渣护炉工艺后，底吹透气砖的使用寿命都小于3000炉。这意味着3000炉之后，复吹的作用会大打折扣，甚至完全没有。这也是日本及欧洲多数钢铁企业不愿使用溅渣护炉工艺的根本原因。此外，熔渣中含有硫、磷等有害元素，会增加熔炼难度和辅助材料的用量，导致生产成本上升。特别是对于硫、磷含量极低的冶炼品种，熔渣中的硫、磷会直接提高冶炼难度，甚至无法顺利冶炼。在转炉的生产中，需要注意铁与钢的平衡。炼钢厂在进行设计时，如果使用1台 2台转炉，铁与钢的平衡非常困难，此时溅渣护炉技术仍然具有一定的应用价值。但如果炼钢厂的设计中有3个或4个转炉，在一个转炉检修的情况下，其他转炉均能达到铁钢的平衡。因此，对于主要生产优质钢材的炼钢厂来说，转炉溅渣护炉技术并不是必需的，只有在紧急情况下才会使用，但在设计中必须考虑到溅渣护炉装置。1.3 钢包耐火材料结构设计钢包是钢铁生产中的关键设备，尤其是在现代钢铁生产中，对高质量钢、低碳钢、超低碳钢的需求越来越大。而转炉炼钢常常无法达到这些要求，需要通过炉外提纯来减少钢液中的碳含量和其他杂质。因此，对钢包的要求也随之提高。传统的刚包耐火材料要么性能不佳，要么寿命太短，价格上也没有竞争力。因此，研制高效、寿命长的刚包耐火材料已成为大势所趋。在我国的钢铁企业中，钢包黏渣问题经常出现。这一问题的主要影响因素是钢包渣的成分和耐火材料的组成，此外，炼钢过程和操作等因素也会加重钢包的黏渣问题。为了预防钢包黏渣，可以采取以下几种方法。第一，提高钢包的热转率，降低钢包的周转数。第二，强化对钢包的维修作业，及时清除钢包边缘的结渣，防止包边的钢包渣清理不尽，在包刚表面有明显的熔化和脱落的地方，应及时进行修复，防止熔渣和熔化的钢水渗透，使黏渣更加严重。第三，及时完成浇铸后的倒渣工作，避免产生钢包黏渣。第四，改善转炉排渣的工作，降低转炉渣流入刚包内，为了使钢包渣充分熔化，在炉后和精炼期间添加了石灰。第五，对正在使用的钢包数进行控制，并缩短钢包的等候时间，在接受钢水之前，对钢包进行加热，钢包的保温层是绝缘的；外壳的材质是低热传导的耐火材料。第六，通过改善耐火材料的质量、控制砖缝大小、减少内衬的热应力、提高耐火材料的热震性能、降低裂缝等措施来改善耐火材料的性能。第七，使用高效的包覆层，改善包覆层的铺展性、提高其隔热性能、降低包层中SiO2含量、降低黏度，从而减少包覆层的黏渣问题。为了解决上述问题，单纯采用狭义方法来控制吨钢成本是无法有效解决该问题的。因此，必须寻求解决办法，广泛控制耐火材料的吨钢成本，以实现最小的生产成本。根据钢包的大小，选择合适的整体衬砌材料。借鉴国外先进企业的管理经验，参考我国的实践，制定一套规范的维护模式。同时，还应持续加强钢包整体浇注料的研究和应用技术，特别要注意两个方面。首先，发展有效的修复技术，局部修复内衬的损失部位，而不是全部更换。这一工艺既能实现炉衬的均匀损耗，又能尽量减少剩余耐火材料的浪费。其次，发展持续浇注修复技术，在不丢弃原有残留耐火材料的前提下，继续进行补砌。2 耐火材料区域整体承包管理优缺点随着我国钢铁行业的迅速发展，其经营方式也日趋成熟。从最初的单一供应模式，到现在国内大部分企业都采用整体承包合同作为主要形式。通过对耐火材料的区域包揽，企业能够有效控制耐火材料的损失，降低供货商数量，改进管理，降低风险，减少采购工作，并降低采购费用。同时，长期与耐火材料企业的合作也对企业来说是有益的。虽然地区总承包模式在很多方面有其优势，但是该模式下，耐火材料公司和钢铁厂之间的结算以钢铁产量为依据。由于地位差异，难以达成利益一致，这对钢铁工业的冶炼工艺、产品品质改善、能源节约和生产成本降低等方面都不利。具体情况包括。（1）随着炼钢技术的不断发展，耐火材料技术将进一步提升。为了改进耐火材料质量，需要从改进结构、开发新品种和应用维护技术三个方面入手。然而，在开发新产品和技术时，需要加大研发投入并承担较大风险。因此，耐火材料供货商的主要目标是确保熔炼装置中的耐火材料安全，而对钢铁行业技术进步没有明显促进作用，这对提高钢铁行业的技术水平是不利的。（2）现代冶金技术对耐火材料提出了更高要求，我国耐火材料生产企业面临严峻的市场形势。但是，我国大多数耐火材料供应商的研发能力相对较弱，为了保证盈利，他们只采取原材料开采的方式。这势必造成耐火材料质量的不稳定性，使用后对钢材品质产生不利影响，这对改善钢铁产品品质有很大的影响。（3）节能减排是当前全球经济发展的主题，而炼钢生12Industry development 行业发展产中的热量损失是一个巨大的能耗问题。保温有效降低能耗和节约资源，并对工艺过程优化具有重要作用，有利于钢铁行业收益。然而，由于耐火材料供应商无法直接从中获利，在考虑成本的情况下，他们不会主动降低流程温度，并且不会投入大量人力资源。这对节约能源和减少排放有很大的影响。（4）对于钢铁企业来说，耐火材料成本仅占总成本的2%左右，比重非常低。由于实行区域总承包模式，只考虑耐火材料的采购成本，企业在很大程度上失去了对耐火材料的控制。为了节省生产成本，耐火材料企业也不会考虑所使用的材料是否掺杂杂质。因此，在实际应用中，钢厂为了提高钢液纯度常常需要付出较大代价，甚至超过购买耐火材料的费用。这对降低整个钢铁企业的生产成本是不利的，也是对钢铁企业的一种损失。除了上述四个方面的主要缺陷，耐火材料区域整体承包还存在以下问题。可能会将个别产品质量好但综合实力不强的厂商排除在合格供应商之外；供给和管理分离，制定使用标准存在差异，特别是在生产和运营期间对耐火材料产品的下线判定；供给和建设分离，难以控制能源消耗量，事故责任的划分模糊；在使用期间引发废弃问题；新产品试验和引进积极性下降等。以上是当前国内钢铁企业面临的问题。对于耐火材料公司而言，区域整体承包模式将加剧市场竞争，导致市场价格不断下跌。随着钢铁企业拖欠耐火材料企业债务不断增加，耐火材料企业的经营状况恶化，无法投入更多资金进行新产品和新技术开发，从而导致竞争能力下降，形成恶性循环。如何借鉴国外先进的耐火材料管理经验，探索出一套适合国内实际的耐火材料管理模式，是一个值得广大相关人员思考的课题。3耐火材料指标与实际应用效果关系的探讨由于使用场所、操作条件和工业窑炉的设计条件不同，尤其是操作条件，所选用的耐火材料因炉膛容积、炉型、操作温度、压力、气氛、熔体、加热器、炉壳温度等而有所差异。在高温工况下，耐火材料与炉渣、分解气体、粉尘等接触时，会引起局部的热应力，并承受一定程度的压力。因此，在使用过程中，耐火材料也会不断变化，所以需要确立测试方法。在描述耐火材料性能时，可以分为两类，一类是内在的一般特性指标，另一类是在使用中的耐腐蚀特性（性能指标）。选择和使用耐火材料时，应重视耐腐蚀特性。当然，这与耐火材料本身的基本特性密切相关，通过一般特性可以推断其抗腐蚀性能。在耐火材料的总体性质方面，有时会存在内部指标之间的制约关系。如果一个指标过高，其他指标可能会被忽视。因此，我们需要了解这种材料的特性，确定哪个指标在特定环境中最值得测试，并将其列为主要测试指标。其他相关指标则可供选择。通过这种方式，在进行检查时可以避免过多的麻烦，并能够在一定的使用条件下正确评估耐火材料的使用情况，从而选择适合的耐火材料。选择耐火材料时，除了关注其总体性能外，还应强调其用途。各项耐火材料指标的制订和品质的好坏都需要通过实际检验来验证。同时，我们也应该意识到，由于耐火材料是一种非均质物质，在检验过程中，每个操作过程都会对检验结果产生一定的影响。因此，对耐火材料的测试结果应该视为一种区域性资料，用来评判产品质量也应该有一定的范围判断。此外，有些检测项目不能只依靠检测手段和规则，还应更多地考虑其实际使用情况，并根据检验经验进行科学评估。另外，在对更新换代的耐火材料进行物理性能检测时，应充分考虑各项性能指标，并采取相应的检测规则和方法。这样才能通过观察和调查结合来确定合适的指标，以确保钢铁冶炼效果并为钢铁企业创造更多经济效益。4结语当前，钢铁工业依旧拥有较好的发展趋势，各企业如何降低生产成本，增加耐火材料的使用率，同时保证产品的质量及产品的安全，是每一个钢铁工人和耐火材料工人都要认真考虑的问题。只有做到两者双赢，才能促进我国耐火材料行业健康发展，更好地服务于钢铁行业。（作者单位：河钢唐钢设备机动部）