耐火材料在冶金中的应用探讨

朱晓晨 吴晗

摘 要：简要介绍耐火材料的性质及分类，探讨耐火材料在冶金行业的广泛应用，分析不同材料在冶金中的优良表现，推测耐火材料的发展方向，為日后耐火材料的发展应用提供一些参考依据。

关键词：耐火材料;冶金;应用

在传统工业生产的冶金工业中，许多环节都是在高温下进行，耐火材料因此成为了冶金工业生产中必不可少的重要组成部分。耐火材料的应用及发展与高温工业的发展革新密切相关，是高温技术广泛应用的基础。本文对耐火材料进行了简单的介绍，并对其在冶金工业中的应用进行了分析论述。

一 耐火材料的性质分类

（一）耐火材料的性质

⑴物理性质。物理性质分为结构性质、力学性质和热学性质。

①结构性质。结构性质包括吸水率、气孔率、真密度、体积密度及透气度。

吸水率指材料所有气孔吸收水后的质量与干燥时的质量比，可判断煅烧质量，质量越好，吸水率就越低。气孔率指贯通及开口两种气孔在材料体积中所占比重。真密度是多孔耐火材料与材料本身的真体积之比，可反映材料的纯度高低。体积密度指材料干燥质量与自身总体积比值，可衡量判断材料的质量水平。透气度是制品在压差情况下允许气体通过的性能，受材料贯通气孔的影响，透气度越低，热工炉窖的热损失就越低，材料质量越好。

②力学性质。力学性质包括抗折强度、耐压强度、耐磨性及高温蠕变性。

抗折强度指三维一定的材料所能承受的压力极限。耐压强度指材料在一定温度下单位面积所能承受的荷载极限。抗折抗压都分常温和高温两种强度。耐磨性指材料对坚硬物体及气流的冲刷、摩擦的抵抗能力，由组织结构、强度密度等性质决定。高温蠕变性指材料在恒定高温下随时间变化而产生的等温形变。

③热学性质。热学性质包括热容、热膨胀、热导率及温度传导性。

热容指材料在温度每上升1K时所吸收的热量。热膨胀指材料体积随温度升高而变大的现象，反映抗热震稳定性等。热导率指材料在单位温度梯度下单位面积的热流速率，反映导热性。温度传导性指材料的温度传递能力。

⑵使用性质。使用性质分为耐火度、荷重软化温度与高温蠕变以及高温体积稳定性。

（二）耐火材料的分类

耐火材料按化学性质分类，可分为酸性、碱性、中性三种耐火材料;也可按生产方式分类为手工型、机压成型、熔铸浇注型耐火材料;还可按供货形态划分为定形与不定形耐火材料，区别在于在高温条件下其特定形状是否发生改变。

二 耐火材料在冶金中的应用

（一）耐火材料在钢铁工业中的应用

⑴耐火材料在高炉上的应用

作为冶炼钢铁的常见设备，高炉过去常采用磷酸高铝质耐火材料与高铝水泥混合修砌而成，如今多使用树脂结合剂与铝碳不烧砖混合或是玉-SiC系浇注料砌筑小型及大型高炉[1]。浇注型耐火材料的使用，使高炉的使用寿命有所延长，工作效率也有所提高。

⑵耐火材料在钢包上的应用

随着炼钢过程中出钢温度的提高以及钢包中钢液的存放时间变长，不定形耐火材料渐渐取代了定形耐火材料的使用。钢包采用不定形耐火材料，方便了工厂自动化施工的进行，节省生产时间和劳动力的同时降低生产成本，经济效益提高。不定形耐火材料在检测维修也更加方便省力，且目前钢包常采用的Al2O3浇注型耐火材料有着良好的抗腐蚀性及结构剥落少的优点，大大延长了钢包的使用寿命。

⑶耐火材料在加热炉上的应用

加热炉用于钢坯加热，其内温度最高可达1400摄氏度，多由浇注型或可塑型耐火材料筑成。加热炉的体积较大，对耐火材料的要求相对较高，要满足施工方便、流动性好、高温性能好等特点，其性能需求远高于一般的浇注型耐火材料。大多加热炉采用粘土与浇注型耐火材料相结合的修筑方法，使用寿命可长达两年，效果优良。也有部分工厂采用抗侵蚀性能及耐磨性能均表现良好的高铝质超低水泥浇筑材料，发现其寿命大幅提高的同时还减少了耐火材料的消耗量。

⑷耐火材料在中间包上的应用

随着连续铸钢工业的快速发展，连铸系统对耐火材料的材质需求变高，主要表现为高级化、多样化。连铸系统中，中间包所需要的耐火材料占了整个系统所需耐火材料的90%左右，其寿命及质量直接决定着连铸系统所消耗的成本高低及产品的质量好坏。近年来，随着连铸中间包的功能逐渐增加，其体积也逐渐变大，永久衬以外的工作衬也在往喷涂方向发展，开始使用可将非金属杂物去除的陶瓷过滤器中间包。

⑸耐火材料在热风炉上的应用

热风炉在为高炉供给热风的过程中长期处于高温环境，其砌筑过程中也常使用耐火材料。热风炉的砌筑过程中，球顶工作的施工作业难度极大，仅采用球顶转，无法达到预期的施工效果。将砌筑材料更换为不定形耐火材料混合少量磷酸盐混凝土，并喷涂耐酸材料，可使热风炉内衬形成一个整体，保证使用效果。

⑹耐火材料在其余窑上的应用

耐火材料在炼钢转炉上也有着一定时间的应用历史[2]。MgO-C不烧砖的质量不断改进并广泛应用于炼钢转炉的砌筑中，加上火焰喷补修补技术的不断改善，电炉炼钢的产钢量在钢铁冶炼行业总产钢量中所占的比例也在不断的增加。

（二）耐火材料在有色冶金中的应用

耐火材料在炼铝、炼铜及练锌等有色冶金生产中同样应用广泛[3]。

在炼铝过程中，炼铝反射炉由以往的砖砌式结构变为了现在的整体结构，许多部分都用到了耐火材料。酸盐结合的可塑材料用于炉缸热面直接接触，隔热砖、陶瓷纤维与隔热浇注型耐火材料混合组成炉缸下部侧面热面，炉顶则采用轻质、致密浇注料及捣打料等耐火材料混合浇筑而成。同时，电解炼铝时，承受急热急冷的盛铝桶也应使用耐火材料，工作衬选用轻质高铝砖与浇注料，且为了避免铝液长期放置后凝固，采用隔热浇注材料，保证保温效果;非工作衬则为氧化铝空心球浇注材料。

炼铜时，为了抵抗CuO炉渣的强侵蚀性，粗炼炉多由碱性耐火材料筑成，如反射炉、转炉、闪速炉等。而精炼炉其温度相对较低，炉渣量也有所下降，对高温及抗侵蚀性的要求降低，对耐火材料的选择范围也有所增大，浇注料、可塑料、喷涂料等均可用于砌筑。

炼锌相比其他有色金属冶炼则涉及到低温操作，其选用的耐火材料多为优质粘土砖，且为了解决锌蒸气和含硫气体的存在问题，还需优质不渗透的耐火材料作为蒸馏炉内衬。回转炉中，强酸碱和高温的影响决定了其内衬应喷涂耐火材料，以延长使用寿命。

三 结语

随着冶金工业的不断发展革新，耐火材料也在不断满足冶金工业的需求而不断发展，性能提升，种类增加。在此过程中，过去常用的可塑料、捣打料及投射料因其劳动力耗费大、施工效率低而产量大大减少，而质量更高、施工更方便的浇注料、喷补料明显产量增加。可以推测，今后耐火材料的发展应用方向是高效浇注料的开发;全干振动料、喷补料及高性能涂料的研发;喷补施工和修补的机械化、自动化等，朝着高纯度、高强度、高密度、高质量的方向发展。

参考文献：

[1]陈洋，邓承继，余超，等.镁钙碳耐火材料的研究进展[J].中国陶瓷工业，2018， 25（2）：19-23.

[2]郭童双，邓承继，祝洪喜，等.耐火材料的气孔特性与物理性能相关性的研究进展[J].陶瓷学报，2018，39（3）：9-15.

[3]冯启超.耐火材料性质分类及其应用[J].科技资讯，2018，16（3）：108-109.