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摘 要：在本文中，主要介紹目前鋼包用耐火原料與承包中標(biāo)價(jià)的價(jià)格矛盾，簡(jiǎn)述了鋼包各部位的耐火材料應(yīng)用現(xiàn)狀及其主要損毀因素，并提出提升廢磚深處理的方法與必要性與鋼包內(nèi)耐材優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)的方向，為該行業(yè)整體水平的提升提供思路。

近兩年來(lái)，在國(guó)內(nèi)環(huán)保治理常態(tài)化與耐材行業(yè)碳達(dá)峰的雙重管控下，以鎂砂、礬石、剛玉為代表的耐火原料廠家，原料價(jià)格上漲已經(jīng)成為普遍共識(shí)，耐火材料行業(yè)的生產(chǎn)成本居高不下。同時(shí)，國(guó)內(nèi)鋼包耐材的中標(biāo)價(jià)卻越來(lái)越低，承包廠家的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。日益上漲的原材料價(jià)格與越來(lái)越低的中標(biāo)價(jià)構(gòu)成鮮明的矛盾，新材料或新工藝技術(shù)的應(yīng)用是解決該矛盾的最佳途徑。在鋼包用耐材上，可工業(yè)化大批量使用的物美價(jià)廉的新材料(除山西某鋼廠整體搗打干式料包襯外)，一直少有報(bào)道。優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)就成為目前降低鋼包整體耐材成本的最有效途徑。

1 鋼包用耐火原料與中標(biāo)價(jià)現(xiàn)狀隨著礦山的綜合治理、工業(yè)電力的漲價(jià)疊加2030工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰的國(guó)家政策，耐火原料價(jià)格持續(xù)在高位運(yùn)行，下降空間有限。近兩年來(lái)，97電熔鎂砂(塊)每t價(jià)格穩(wěn)定在4 000～5 000元，88礬石(塊)每t價(jià)格在2 300～3 000元，板剛玉(段砂)每t價(jià)格在5 200～5 700元。除少數(shù)自有礦山的耐材廠家外，90%以上耐材廠家，議價(jià)空間有限。2021年，鋼包承包的價(jià)格持續(xù)在刷新低價(jià)。達(dá)州某鋼廠80 t澆注料鋼包(非精煉)，中標(biāo)含稅價(jià)每t為5.15元，由撫順某耐材廠家獨(dú)家承包。澆注料鋼包(非精煉)是鋁鎂體系，根據(jù)冶煉工藝或出鋼溫度區(qū)別，主原料就是85/88礬石，礬石的生產(chǎn)基地主要在山西、貴州，而中標(biāo)承包廠家是在東北?，F(xiàn)場(chǎng)水洗發(fā)現(xiàn)，該澆注料廠家顆粒均是廢剛玉。石家莊某鋼廠120 t普煉鋼包，中標(biāo)含稅價(jià)每t為5.8元，由新密某耐材廠家承包。普煉鋼包是鎂碳體系，主原料就是97電熔鎂砂，鎂砂的生產(chǎn)基地主要在營(yíng)口大石橋一帶，而中標(biāo)承包廠家是在河南。實(shí)地切開(kāi)發(fā)現(xiàn)，該鎂碳磚廠家顆粒普遍泛灰白，這是廢鎂碳磚重復(fù)利用后最明顯的特征。以前面提到的兩家耐材廠家為例，分別在普煉澆注鋼包和普煉砌筑鋼包上，有工藝設(shè)計(jì)獨(dú)門(mén)的優(yōu)勢(shì)，在普煉澆注鋼包和普煉砌筑鋼包承包招投標(biāo)領(lǐng)域，幾乎很少遇到勢(shì)均力敵的對(duì)手。經(jīng)剖析與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)利用深加工的廢磚，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，可以更簡(jiǎn)單直接有效的降低鋼包承包的綜合成本。

2 鋼包用耐火材料應(yīng)用現(xiàn)狀絕熱層，主流耐材廠家普遍采用納米絕熱板，厚度尺寸有5、10 mm不等。正常情況，鋼廠沒(méi)有特殊要求，絕熱層總厚度不超過(guò)10 mm。通常建議，現(xiàn)場(chǎng)施工優(yōu)先選用5 mm納米絕熱板，雙層錯(cuò)縫交叉施工，隔熱效果更好。10 mm絕熱板，看似施工方便快捷、價(jià)位稍微便宜一點(diǎn)，實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，對(duì)工人的責(zé)任心要求很高，絕熱板縫隙問(wèn)題不好解決。因絕熱板材質(zhì)超出作者認(rèn)知范圍，不再贅述。

永久層，主要有整體澆注、以磚代模、磚砌等三種施工方式。整體澆注與以磚代模，均采用澆注施工，只是區(qū)別點(diǎn)在于有無(wú)永久層模具。根據(jù)鋼包大小不同，永久層模具普遍價(jià)位在4萬(wàn)～10萬(wàn)不等。受制于鋼廠和耐材廠家雙方降本的共同需求，目前普遍以磚代模，邊砌筑工作層邊施工永久層澆注料，通常是在工作層磚施工6～8層，進(jìn)行澆注一次，高度在600～800 mm，鋼廠有特殊要求除外。

永久層澆注料主要有水泥結(jié)合、硅灰結(jié)合兩大體系，依據(jù)耐材廠家的技術(shù)水平或鋼廠招標(biāo)要求不同，所選材質(zhì)也不盡相同。磚砌永久層，有半鎂片(厚度30 mm)、高鋁質(zhì)(厚度40～80 mm)、鎂碳質(zhì)(厚度40～80 mm)、鋁鎂質(zhì)(40～80 mm)等，具體使用，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)定。

工作層，鋼包現(xiàn)場(chǎng)有四種施工方式，或整體澆注，或包底包壁澆注、渣線砌磚，或包底澆注、包壁渣線砌磚，或整體砌磚等。最特殊的是山西某鋼廠80 t鋼包采用整體搗打干式料包襯，壽命也能達(dá)到120爐左右，受限于資料技術(shù)有限，不再贅述。

澆注類鋼包可分為兩種，一種是非精煉的鋼包，大部分是整體澆注的形式，以冶煉建材鋼(如Q235B、Q195)為主，通常在40～120 t左右，冶煉溫度不超過(guò)1 600℃，為均勻鋼水成分，只進(jìn)行簡(jiǎn)單的爐后吹氬處理，吹氬時(shí)間通常不超過(guò)5 min，包齡在150～200爐不等。這類材質(zhì)通常以88礬石、中檔鎂砂為主，采用鎂硅水結(jié)合體系，以Mg O-Al2O3-SiO2相圖為基礎(chǔ)來(lái)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)。根據(jù)冶煉工藝的不同，骨料可選85/88礬石、棕剛玉等，基質(zhì)類可選棕剛玉粉、亞白剛玉粉、礬土尖晶石粉、88礬石粉、鋁微粉、硅微粉等。

另一種是精煉鋼包，大部分是包底包壁澆注，渣線磚砌的形式，以冶煉潔凈鋼為主(如IF、X80)，通常在150～300 t左右，冶煉溫度在1 650℃左右，精煉方式以LF或LF+RH居多，LF精煉時(shí)間在30～45 min左右，LF+RH精煉時(shí)間在60～90 min左右，包齡在120～160爐左右。這類材質(zhì)通常以板剛玉、76/78尖晶石為主，采用低水泥結(jié)合體系，以Mg O-Al2O3-CaO相圖為基礎(chǔ)來(lái)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)。根據(jù)冶煉工藝的不同，骨料可選板剛玉、白剛玉等，基質(zhì)類可選板剛玉粉、白剛玉粉、鋁微粉、尖晶石粉、電熔鎂砂粉、71水泥等。

磚砌類鋼包分類應(yīng)用同上，區(qū)別在于冶煉工藝的不同，材質(zhì)設(shè)計(jì)不盡相同。渣線磚設(shè)計(jì)基于精煉方式和渣系不同，大體可以分為L(zhǎng)F+VD、LF、普煉等三類;包壁磚設(shè)計(jì)基于鋼種和吹氬攪拌時(shí)間不同，大體可分為高檔與普通材質(zhì)兩類;包底磚設(shè)計(jì)基于出鋼口孔徑和沖擊部位不同，大體可分為沖擊和非沖擊區(qū)兩類。

鋼包內(nèi)功能性原件，透氣磚與水口座磚，如何做到穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命應(yīng)用一直是各耐材廠家追求的目標(biāo)，也是鋼廠對(duì)耐材廠家的最低要求，同時(shí)也是制約包齡的關(guān)鍵因素。多年來(lái)材質(zhì)沒(méi)有大的變化。透氣磚類材質(zhì)還是骨料以板剛玉為主，基質(zhì)有板剛玉粉、尖晶石粉、氧化鉻綠、71水泥等。澆注料類水口座磚材質(zhì)同上。機(jī)壓類水口座磚材質(zhì)與高檔渣線磚類似，區(qū)別之處在于基質(zhì)得到進(jìn)一步加強(qiáng)，目的是提高抗沖刷性能。

近兩年來(lái)，以往透氣磚骨料用的有從日本、法國(guó)進(jìn)口或購(gòu)進(jìn)青島安邁板剛玉，生產(chǎn)與議價(jià)均受限，值得欣喜的是，山東某集團(tuán)生產(chǎn)的板剛玉，也能大批量應(yīng)用。基質(zhì)用的尖晶石微粉，東北地區(qū)、浙江、武漢均有公司可以生產(chǎn)，且已經(jīng)大批量應(yīng)用。

3 鋼包用耐材優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)的前提3.1 鋼包用耐材損毀因素永久層澆注料的正常損毀，多與長(zhǎng)期反復(fù)使用，熱震裂紋擴(kuò)大有關(guān)。

在一個(gè)包役(鋼廠通常規(guī)定永久層使用周期>8次，必須拆除)中，在鋼殼、絕熱層、自身應(yīng)力的共同作用下，永久層出現(xiàn)裂紋是不可避免的，通常在第4次使用時(shí)，就或多或少出現(xiàn)。這也就是為何鋼廠總強(qiáng)調(diào)工作層磚侵蝕完畢后，永久層澆注必須保證1爐壽命的主要原因。這個(gè)理由在實(shí)際應(yīng)用中，顯的牽強(qiáng)。事實(shí)上，只要磚侵蝕完畢，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有提前發(fā)現(xiàn)并采取措施，漏包幾乎是不可避免。

永久層磚損毀多與整體性差，機(jī)器拆包有關(guān)。含碳質(zhì)永久層磚，損毀多與石墨氧化，強(qiáng)度急劇降低有關(guān)，尤其是廢鎂碳磚顆粒成型的永久層磚，使用1～2爐后，磚呈疏松狀，幾乎沒(méi)有強(qiáng)度;用新顆?；驈U棄不含碳的鋁鎂材料成型的磚，相對(duì)穩(wěn)定性較好，但整體使用效果不如澆注料。

LF+VD工藝條件下，渣線磚的損毀是高溫(通常在1 650℃)，真空減壓(脫氫、脫氮)下，不僅在磚內(nèi)的有Mg O+C的直接反應(yīng)[1]，還有精煉渣系與磚的反應(yīng)，同時(shí)在強(qiáng)攪拌(全程吹氬)，強(qiáng)電弧(>2 000℃)下，還有物理攪拌和電磁場(chǎng)[2]等共同導(dǎo)致的。

LF/LF+RH工藝條件下，渣線磚的損毀主要與LF爐的精煉渣(渣系、粘度)、吹氬攪拌強(qiáng)度(透氣磚吹氬壓力大小)，精煉時(shí)間長(zhǎng)短，鋼水溫度高低等導(dǎo)致的熔損和滲透有關(guān)。RH(真空循環(huán)脫氫)，通常是在浸漬管內(nèi)進(jìn)行，不吹氬，只是簡(jiǎn)單的液面波動(dòng)，對(duì)渣線磚的損毀影響有限。

非精煉條件下，渣線磚的損毀，主要與渣系熔損和滲透有關(guān)。包壁磚(含碳、無(wú)碳)或澆注(礬石鎂砂、剛玉尖晶石)包壁的損毀均與熔損和滲透有關(guān)。精煉類冶煉方式，只考慮攪拌強(qiáng)度和時(shí)間等因素加快包壁的侵蝕作用。包底磚(含碳、無(wú)碳)或澆注(礬石鎂砂、剛玉尖晶石)包底的損毀主要與高溫沖刷有關(guān)。其次是材質(zhì)的熱震穩(wěn)定性，影響著包底的裂紋或斷磚等，這些會(huì)加速包底的侵蝕。透氣磚的損毀主要與熱修燒氧、吹氬攪拌、滲透熔損、應(yīng)力斷裂有關(guān)。前三個(gè)因素均是現(xiàn)場(chǎng)因素，可改變性有限。斷裂往往是內(nèi)外應(yīng)力共同作用的結(jié)果，可以通過(guò)更換材質(zhì)、調(diào)整溫度、改變尺寸外形等優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)的方法來(lái)解決。

3.2 提升廢磚處理的檔次

廢磚的處理核心“除雜質(zhì)”和“提純”。

“除雜質(zhì)”，無(wú)非就是采用物理或化學(xué)方法來(lái)處理。鋼包利用的廢磚，在揀選階段多用物理用法來(lái)處理變質(zhì)層;破碎前后，用水化方式來(lái)處理Al3C4和AlN等。

“提純”就是提高回收廢磚中主材質(zhì)顆粒的純度，減少假顆粒，減少低熔物。通常情況下，廢磚采用的是二級(jí)處理，粗破用鄂破，細(xì)破有對(duì)輥、圓錐破、復(fù)合破、沖擊破，甚至有些廠家用球磨、碾機(jī)等進(jìn)行再次處理，進(jìn)一步假顆粒比例，以獲得更高的純度等，進(jìn)而能夠使處理后廢磚的加入量，盡可能多的代替原始材質(zhì)顆粒，做到100%替代。

由于廢磚的硬度不同，含碳質(zhì)廢磚的處理與廢剛玉質(zhì)的處理設(shè)備不同。含碳質(zhì)廢磚，在進(jìn)行揀選“鋁質(zhì)”與“鎂質(zhì)”分類的前提下，不同的處理設(shè)備，獲得的主顆粒純度也不相同。采用鄂破+對(duì)輥的處理，MgO含量(w)通常不超過(guò)70%,C含量偏高，且假顆粒偏多;采用鄂破+對(duì)輥+碾機(jī)的處理，Mg O含量(w)通常不超過(guò)75%,C含量偏高，且假顆粒偏少;采用鄂破+圓錐破+碾機(jī)或球磨的方式，Mg O含量(w)通常在80%以上，C含量偏低，且假顆粒很少。

考慮到耐材廠家制取的廢磚顆粒不同，有的是6～1、≤1 mm，有的是6～3、3～1、≤1 mm，有的是≤6、≤5 mm等，均有適合自己的工藝設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步提高廢磚加入量的比例，降低工作層的綜合成本，耐材廠家采用鄂破+圓錐破+碾機(jī)或球磨的方式更容易實(shí)現(xiàn)。剛玉質(zhì)廢磚，實(shí)際生產(chǎn)中，采用鄂破+沖擊破的方式，比鄂破+對(duì)輥的產(chǎn)能高2～3倍，且假顆粒更少，顆粒純度更高，Al2O3+MgO≥92%，代替剛玉顆粒的比例更高。

4 鋼包用耐材優(yōu)化工藝方向與具體應(yīng)用4.1 永久層優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用：

澆注料首選鎂硅水結(jié)合體系。根據(jù)鋼包大小和精煉與否來(lái)設(shè)計(jì)材質(zhì)，在鋼廠沒(méi)有特殊要求情況下，120t鋼包以下，可以采用三級(jí)鋁石/廢磚顆粒+燒結(jié)鎂砂粉+硅灰的工藝設(shè)計(jì);120 t鋼包以上，可以采用80以上礬石/廢磚顆粒+中檔鎂砂粉+硅灰的工藝設(shè)計(jì)。永久層的環(huán)境溫度<1 350℃，在材質(zhì)相同條件下，無(wú)論常溫、中溫、高溫?zé)罂拐酆湍蛪簭?qiáng)度，鎂硅水結(jié)合體系>水泥結(jié)合>溶膠結(jié)合[3]。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，常溫烘烤、高溫?zé)髲?qiáng)度，廢尖晶石顆粒>廢高鋁磚，推薦加入比例60%～70%。

機(jī)壓永久層磚，首選水玻璃結(jié)合的鋁鎂材質(zhì)，可以使用回收后的廢尖晶石磚、廢高鋁磚、廢鎂磚等等，降低永久層綜合成本，推薦加入比例80%～90%，在河南某鋼廠100 t轉(zhuǎn)爐鋼包正常使用。半鎂片，強(qiáng)度低，易斷裂，只是單純的降低永久層厚度;含碳永久層磚，導(dǎo)熱系數(shù)大，均不推薦使用。

4.2 鎂碳磚優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

LF+VD工藝條件下，渣線磚通常是97電熔鎂砂與98大結(jié)晶復(fù)合，選取優(yōu)質(zhì)石墨等制作而成，骨料部分引進(jìn)20%左右的高檔廢磚(Mg O>80%,Al<4%)。在湖南某鋼廠100 t鋼包，山東某特鋼廠90 t鋼包均能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。LF/LF+RH工藝條件下，渣線磚通常是由97電熔鎂砂與少量石墨制作而成，骨料部分引進(jìn)40%～60%的高檔廢磚(Mg O>80%,Al<4%)。在河北某鋼廠300 t鋼包，山東某鋼廠220 t鋼包，均能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。非精煉條件下，渣線磚通常是由廢磚顆粒與少量石墨組成，骨料和基質(zhì)部分引進(jìn)60%～80%左右的高檔廢磚(Mg O>80%,Al<4%)。包壁磚，通常是由廢磚顆粒與微量石墨組成，骨料和基質(zhì)部分引進(jìn)40%～90%左右的高檔廢磚(Mg O>80%,Al<4%)。在100%LF+VD或加廢鋼過(guò)多的冶煉，或減薄尺寸來(lái)增加承鋼量時(shí)，包壁磚也有部分用全新料。具體加入比例，根據(jù)鋼廠冶煉工藝來(lái)進(jìn)行調(diào)整。有生產(chǎn)條件的耐材廠家，能夠做到1個(gè)鋼廠1個(gè)包壁工藝，真正的把包壁磚成本降到最低。鋁鎂碳材質(zhì)的沖擊區(qū)磚，顆粒部分廢剛玉磚(Al2O3+MgO>92%)與廢磚(Mg O>80%,Al<4%)可以復(fù)合使用，混合加入比例在30%～60%。鎂碳材質(zhì)的沖擊區(qū)包底磚，廢磚(Mg O>80%,AI<4%)，加入比例在40%～70%。非沖擊區(qū)磚，廢磚比例最高能夠達(dá)到90%。

從上文提到的新密某耐材廠家的承包價(jià)格分析來(lái)看，綜合成本每t不到3 000元，參考易耐網(wǎng)今年3月份97電熔鎂砂(塊)每t為4 300～4 400元，95石墨每t為4 500～4 900元，推斷廢磚加入量(w)>65%。

4.3 澆注料優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

非精煉鋼包澆注料，通常是由礬石顆粒與廢剛玉顆粒組成，骨料和基質(zhì)部分引進(jìn)40%～70%左右的廢剛玉磚(Al2O3+MgO>92%)。從上文提到的東北某耐材廠家的承包價(jià)格分析來(lái)看，綜合成本每t不到2 100元，參考易耐網(wǎng)今年3月份85礬石(塊)每t在2 030～2 080元，95中檔(塊)每t在2 800～3 000元，推斷廢磚加入量(w)>60%。精煉鋼包澆注料，通常是由板剛玉、白剛玉顆粒與97電熔鎂砂(≤1 mm、200目)、76尖晶石粉等組成的低水泥澆注料工藝，顆粒部分可以引進(jìn)15%～35%廢剛玉磚(Al2O3+Mg O>92%)。在湖南某100 t鋼包已工業(yè)化使用1 a，與正常澆注料壽命相比，幾乎沒(méi)有差別，使用中無(wú)剝落、無(wú)裂紋，成本每t下降1 000元，獲得很好地經(jīng)濟(jì)效益。值得注意的是，廢剛玉磚在此類澆注料工藝中比例的多少，與基質(zhì)燒結(jié)性好壞有關(guān)，這是優(yōu)化此類工藝最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中，納米級(jí)鋁微粉、90MA尖晶石超細(xì)粉，都能起到良好的燒結(jié)效果。

4.4 透氣芯優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

免燒透氣芯，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用中優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯，因質(zhì)量不穩(wěn)定原因，一直都存在異議。隨著近兩年來(lái)，生產(chǎn)控制流程的不斷改進(jìn)，工藝配方的不斷優(yōu)化，免燒透氣芯的質(zhì)量穩(wěn)定性，越來(lái)越好，應(yīng)用也是越來(lái)越穩(wěn)定。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，河北某鋼廠240 t鋼包，精煉時(shí)間30～45 min，使用25～30爐;山東某鋼廠140 t鋼包，精煉時(shí)間45～60 min，使用30～35爐;山東某特鋼廠120 t鋼包，精煉時(shí)間30～45 min，兩塊交替使用55～60爐，均能滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。整體燒成透氣芯的加工周期在30～45 d，整體免燒透氣芯的加工周期在15～25 d，大大縮短交工周期，同時(shí)取消裝殼、高溫?zé)傻葍蓚€(gè)工序，既避免火泥縫存在的安全隱患，又降低綜合能耗，免燒透氣芯是優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)的方向。與燒成透氣芯相比，更嚴(yán)格的原材料控制、更嚴(yán)格的加水量控制、更嚴(yán)格的低溫處理是保證免燒透氣芯體積穩(wěn)定性與質(zhì)量穩(wěn)定性的根本。

5 結(jié)語(yǔ)在國(guó)內(nèi)明確鋼鐵行業(yè)2030“碳達(dá)峰”的大背景下，綠色耐材工廠的升級(jí)之路，同時(shí)開(kāi)啟。耐材工廠需要大量資金投入的升級(jí)改造，與鋼包整體承包價(jià)格的屢創(chuàng)新低，導(dǎo)致現(xiàn)金流越來(lái)越緊張，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，切實(shí)降低噸鋼成本，成為鋼包耐材工廠生存下去的唯一選擇。通過(guò)說(shuō)明鋼包內(nèi)耐材應(yīng)用現(xiàn)狀，分析鋼包內(nèi)耐材的主要損毀因素，提出提升廢磚深處理的方法與必要性，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，指出鋼包內(nèi)耐材優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)的方向，為該行業(yè)的提升發(fā)展貢獻(xiàn)智慧。