张明明
酒钢集团榆中钢铁有限责任公司甘肃兰州730104
摘要：钢铁是国民经济持续增长的重要材料，钢铁冶金工艺水平高低很大程度上揭示了国家的综合国力。随着钢铁产业的快速发阿湛，钢铁冶金工艺不断推陈出新，尤其是耐火材料的广泛应用，为钢铁产业发展打下了广阔的发展空间。本文主要介绍钢铁冶金工艺的发展进程，探究耐火材料应用的问题，以求推动钢铁产业健康持续发展。
关键词：钢铁冶金；新进展；耐火材料
钢铁工业生产中，主要原料为铁矿石和废钢，逐渐形成了相配套的生产流程。以铁矿石为主的高炉—转炉流程是主要钢铁生产工艺，在世界钢产总量占58%，但是具有投资大、能耗大和流程长的问题。而在近些年来废钢总量急剧上涨，相应促进了UHP电路技术和直流电弧炉技术的快速发展，在缩短冶炼时间的同时，生产效率得到了大幅度的提升。此种生产流程紧凑，专业性强，具有周期短、投资少和成本低优势，大大促进了钢铁工业发展。加强对钢铁冶金工艺和耐火材料研究，是钢铁产业发展的客观需求，可以为后续相关工作开展提供支持。
一、炼铁工艺和耐火材料
（一）炼铁工艺
炼铁工艺主要分为高炉炼铁和非高炉炼铁两种，在非高炉炼铁中，由于还原形态差异，可以将其分为直接还原和熔融还原两种，由于炼铁工艺不同，所以对于耐火材料的要求同样存在明显差异。高炉炼铁在炼铁产量方面占据主导地位，具有大型化和高效化的特点。高炉高效利用系数可以达到2.5～3.0，使用寿命更长，可以达到12年～15年。而在可持续发展背景下，应节能环保需求，由于鱼雷车运铁无法实现一包到底需要，导致铁水降温缺陷愈加明显，导致资源利用效率偏低[1]。所以，在未来的铁水运输工艺优化方面，一包到底是主要改进方向。铁水需要实现脱硫、脱硅和脱磷要求，具备更好的耐铁水性和保温性。尤其是近些年来钢铁工艺的快速发展，熔融还原和直接还原炼铁方式可以实现大规模生产，对于新时期的钢铁冶金工艺和耐火材料提出了新的要求。
（二）耐火材料
伴随着高炉大型化发展，高炉所用的耐火材料性质和种类同样发生了不同程度上的变化。上个世纪70年代前，炉身和炉腹主要是采用普通高铝砖材料，随后采用SiC砖，炉缸采用微孔炭砖。到了90年代，在前两种材料基础上进一步复合砌筑，形成的了高导热微孔炭砖砌筑，在靠近炉壳附近区域，刚玉质材料砌筑为工作衬，直接接触铁水，具有复合砌筑特点。此种工艺可以将靠近炉壳附近的热量向冷却壁扩散，刚玉质材料和铁水直接接触，这样可以具备耐铁水侵蚀性能，有效避免铁水运输期间温度下降问题出现。进入到21世纪，大型高炉炉衬开始采用薄炉衬，炉缸采用陶瓷杯，路堤使用耐热材质的炉底，赋予大型高炉具备耐火性能[2]。
相较于高炉炼铁工艺中所使用的耐火材料而言，熔融还原工艺耐火材料性能更为突出，具备较强的抗FeO侵蚀性能，尤其是在熔融区域展现出突出的耐高温性能。这一区域耐火材料以碳、非氧化物-氧化物复合材料为主，而直接还原工艺转底炉工作衬包括炉顶、炉底和炉墙。由于反应区域的不同，所以需要结合实际情况选择差异性的耐火材料，其中包括高铝砖、喷涂料、隔热材料和浇注料等。
二、炼钢工艺和耐火材料
（一）炼钢工艺
炼钢工艺的发展突出的变化是从平炉发展为转炉，逐渐朝着大型化方向发展。伴随着短流程发展，电炉炼钢获得快速发展，有超过30%以上的国外钢产量是由电炉生产。冶炼工艺在传统单一吹炼工艺基础上进一步改进和完善，促进顶底复合吹炼工艺的出现，加之钢包精炼工艺的发展促使炼钢质量得到显著提升。
（二）炼钢耐火材料
伴随着炼钢工艺的发展和变化，炼钢耐火材料结构发生了不同程度上的变化，从以往单一砌筑基础上发展到复合砌筑，使用寿命大大延长。整体浇筑非精炼包使用寿命高达250炉，尽管由于精炼工艺的不同使用寿命有所差异，但是平均不少于30次[3]。而随着喷吹工艺的发展，功能性耐火材料获得了广阔发展空间，在初期阶段，电路、转炉和精炼包只能通过进口获得，进口依赖性较大，效益偏低。而在长期的技术攻关和创新，我国的电炉、转炉和钢包用供气砖赶超国外同类产品的工艺水平。通过热更换，供气砖的单支使用寿命可以高达上万炉，使用寿命大大延长。
三、铸钢工艺和耐火材料
（一）铸钢工艺
铸钢工艺发展历程较旧，尤其是模铸工艺在其中的占比较大。1996年后，我国的连铸工艺得到了快速发展，直到2010年我国的连铸比达到了98.86%，原本的模铸工艺逐渐被淘汰。
（二）铸钢用耐火材料
以往模铸所使用的耐火材料主要包括高铝质和黏土质，在铸钢过程中以中铸管和通道转耗量最大。伴随着连铸工艺的不断创新和发展，模铸基本全部淘汰，促使连铸用耐火材料的快速发展。以往连铸用的耐火材料是通过进口获得，到上个世纪80年年代才基本上实现国产化，到了90年代出现了防堵塞和免烘烤的复合长水口，在提升生产效率的同时，使用寿命随之延长[4]。当前所使用的长水口、滑动水口和浸入式水口材料为铝碳材料，在可持续发展背景下洁净钢和超洁净钢工艺的推陈出新，逐渐将无碳浸入式水口投入使用，是以锆材料为主。此证锆材质的水口在工业生产中逐渐得到广泛应用，性能较为可观。
连铸工艺的快速发展，在一定程度上改善了传统工艺缺陷和不足，打破国外垄断局面，实现全部国产目标。如，薄板胚连铸工艺，浸入式水口是其中主要的工件之一，通过长期的研发和完善，逐渐生产出新型产品，大大促进了我国连铸工艺的快速发展和完善。
中间包作为连铸工艺中重要组成部分，耐火材料逐渐从以往的绝热板发展到中间包涂料。纵观当前钢铁冶金工艺只能够，绝大多数的中间包均采用涂料，尤其是MgO-CaO涂料的使用，CaO质量分数可以高达40%以上，在具体应用中可以满足工艺生产需要的同时，起到净化钢水作用。而在快速更换水口技术的不断推陈出现背景下，中间包涂料寿命大大延长[5]。
四、钢铁冶金工艺中耐火材料的未来发展趋势
钢铁冶金工艺不断优化和创新，以往的工艺生产过程和装置已经无法满足实际需要，使用条件也发生了不同程度上的变化。尤其是高炉出铁和转炉出钢，导致冶炼周期逐渐缩短，耐火材料和钢渣之间接触时间缩短，促使新时期的耐火材料工作条件更为复杂。所以，未来的耐火材料需要在满足冶金工艺需求的同时，具备耐高温特性，为连续铸钢工艺实现提供支持和保障。此外，还要具备通气功能和流槽作用。
结论：
综上所述，钢铁工业的快速发展，钢铁冶金工艺随之推陈出新，新工艺的出现，在缩短冶炼时间的同时，可以有效提升生产效率。尤其是耐火材料的广泛应用，可以更好的满足生产需要，延长使用寿命，降低成本的同时，带来更大的经济效益，推动钢铁工业发展。
参考文献：
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[2]王庆福，刘均立，赵华鲁.钢铁冶金废弃物建材化利用的工艺技术与效益[J].新世纪水泥导报，2013，19（06）：5-9.
[3]王新华，于会香.加强基本工艺原理和实践环节训练提高钢铁冶金学教学效果[J].中国冶金教育，2016，25（06）：49-50.
[4]王厚昕，姜周华，梁连科，李阳.钢铁冶金清洁生产中的新技术和新工艺[J].材料与冶金学报，2015，23（04）：252-257.
[5]杨大宪，王承宽.连铸系统耐火材料对提高钢质及冶金性能的影响[J].钢铁技术，2016，11（06）：5-15.