浅论耐火材料的综合利用.doc

浅谈耐火材料的综合利用 摘要：针对山东省耐火材料资源消耗日益增加、矿山资源逐年减少以及综合利用及再生利用率不高的现状，提出从：（1）提高综合利用资源的意识，延长矿山服役期，增加耐火材料的附加值；（2）与钢铁企业合作共同探讨耐火材料的优化使用新途径；（3）回收利用废旧耐火材料等三个方面入手对耐火材料资源进行综合利用，使耐火材料工业符合可持续发展的需要，达到保护环境、提高企业经济效益和社会效益的目的。 随着我国钢铁产量近几年来的迅猛增长，耐火材料的消耗大大增加。2004年据对全国30个省市自治区1136家耐火材料企业统计1，全国耐火材料产量1867.51万t，粗钢产量达2.7亿t，耐火材料的消耗量已达800900万t，耐/钢比2933kg/t钢。因此，造成了耐火材料资源及耐火材料的大量消耗，每年由此而产生的废旧耐火材料高达300多万吨。在以科学发展观进行可持续发展的战略方针指导下的当今，研究耐火材料资源及材料的综合利用及其再生利用具有现实意义和历史意义。1 提高认识，强化耐火资源的综合利用从我国耐火材料原料矿藏资源储量来说，近20年来变化很大。以阳泉的铝矾土矿为例，虽然有约1.2亿t的储量，但经过近百年的开采，品位较好的铝矾土矿藏濒临枯竭。山东省的焦宝石当年也是闻名于世，但由于开采量大及年代久远，已有如博山铝土矿、洪山铝土矿相继于上世纪90年代闭坑转产或破产重组。王村铝土矿的小口山矿区于1992年闭坑，而有些采区已转入后期开采。还有如镁质耐火原料及其它非氧化物耐火原料矿藏经过长期的开采，主矿区域和精矿逐步减少，有的现已从露天开采转入地下开采，造成原料开采的成本逐年增大。而每年因不规范开采所浪费的小矿、边角矿大量增加，使资源严重浪费。耐火材料资源的综合利用，是社会发展的需要，是一种必然，各级政府和有关部门应该给予高度重视。以往对一些低品位、边角矿的利用并不重视，即便是利用，也是力度不大，也得不到有关政府部门的扶持。但从我国近20多年的经济发展来看，我国的一些资源已不能满足生产需要，要从国外进口，一个典型的范例就是铁矿石每年需大量进口。因此，节约资源，综合利用资源已是当务之急。因此，应从实际出发，因地制宜，制定相应的政策，并将其落到实处。综合利用耐火材料资源，不仅可以保护资源，而且在一定程度上还可以大大提高产品的附加值。英国的合成料2及山西阳泉的均化料（其部分性能见表1）的价格比我国的高铝矾土料还高，它们都是资源综合利用的产品，而且附加值也高。合成料的成分均匀，性能稳定，比原矿资源性能好。据统计，在我国钢铁企业的吨钢坯成本中，耐火材料费用所占比例由1990年的2.5上升到1993年的3.5、1997年的4.1和2001年的4.3。2005年有可能达到5。而国外钢铁大国一般在810，我国耐火材料在吨钢成本中占的比例较少，这说明耐火材料的吨价在我国还有一定的上升空间。目前耐火材料的价格与钢铁成本组成不成比例，主要是一些耐火材料企业以廉价资源进行无序低价竞争引起的。但随着社会的发展，耐火材料资源的保护利用将会形成共识，耐火材料在钢铁成本中会占据一定比例。表1 各种不同矾土均化料的理化性能 %牌号Al2O3SiO2Fe2O3TiO2R2O体积密度/g.cm3气孔率英国均化料424452531.000.081.62.14646.850.00.951.890.182.623.66058.637.81.132.210.112.803.27068.626.71.243.940.263.362.70面对矿藏资源逐年减少，资源严重浪费的现象，除了要引导原料矿山组织科学开采，杜绝乱采乱挖，逐步促进资源的更合理利用外，还要进一步提高思想认识，耐火材料行业高度重视。同时，政府要赋予耐火材料行业协会一定的处置权来限制乱采乱开，引导企业对资源进行优化综合利用，特别是不同品位矿藏的均化处理，使有限的资源发挥最大限度的作用，延长其为人类服务的时间。2 与用户共同探讨耐火材料的优化使用耐火材料的优化使用实际上是两个方面的问题：一方面，优化组合使其适应于优质钢的冶炼如洁净钢冶炼、特种钢冶炼等。也就是说耐火材料除了具有耐高温和抗侵蚀性能外，还应具有功能性作用，即具有净化、抗污染功能。另一方面，反映在耐火材料的综合使用寿命上，即连续使用、重复使用及可修复使用寿命。要使耐火材料满足这两个方面的要求，应该是钢厂与耐火材料制造企业合作共同探讨才能很好地实现。在科技发展的当今，耐火材料使用寿命的概念，与过去相比已经有很大不同。例如钢包寿命，从过去以十几次计，到现在的以百次计。而中间包的寿命，不管是从提高作业率、稳定连铸全过程还是从提高钢坯连铸质量要求出发，希望的连续使用寿命，已不再以十几小时计算，而是以数十小时计算。目前欧洲多数钢厂，中间包寿命达到3050h，美国先进的钢厂已近100h3。电炉炉衬、炉盖寿命先进指标已是1000炉以上。而转炉炉衬寿命在溅渣护炉条件下，已达到了万炉以上甚至3万炉。钢铁企业中耐火材料使用寿命的这种提高，在很大程度上主要是制造方与使用方合作体现出来的，是他们共同围绕以下方面进行合作的结果：（1）优质耐火材料的开发及配套保持同步进行；（2）钢铁容器结构设计上的改进适应了连续使用的生产条件要求；（3）在保证原耐火材料衬体的基本寿命条件下，新的炉衬材料维护工艺及材质的不断改进，如热态喷补法及喷补料的出现等；（4）在材质设计上进行了复合搭配，机构上的快速更换，延长了全系统的耐火材料使用寿命。例如:连铸系统的中间包水口座砖与包衬配套使寿命同步。耐火材料的优化及合理化利用，是钢铁企业永远的话题，以上所举之例是钢铁企业与耐火材料制造方面共同合作的成功范例，但其优化研究还有大量工作。以钢包为例：（1）除了保证能正常使用外，还要继续进行耐火材料在传热、体积稳定性、承受钢水静压力能力等方面的综合研究；（2）针对钢铁冶炼过程中的实际情况，对各种衬体材料的进一步优化研究，如渣线用耐火材料与非渣线部位耐火材料的同步配套，特别是以浇注为主体的耐火包衬；（3）包衬施工工艺的改进研究，使之与耐火材料优化使用相适应。这几个方面，不仅涉及到耐火材料衬体连续使用寿命的长短，还关系到包衬材料在这个环节中的成本占用情况。因此，钢铁企业中耐火材料的优化使用与选配，既是钢铁企业的问题，也是耐火材料企业的生产问题，只有两者合作相互交流，让耐火材料企业全面了解钢铁生产过程中有关环节对耐火材料的要求及对耐火材料的损害过程，耐火材料企业才能结合耐火材料的性质，生产出钢铁冶炼所用的耐火材料。钢铁行业应把关系到耐火材料与炼钢有关的过程用现代化的工具详细记录下来，提供给耐火材料研究人员，这不仅可以帮助耐火材料科技人员了解耐火材料的损失过程，也可帮助钢铁企业科技人员分析自身存在的问题。3 废旧耐火材料的回收利用许多国家尤其是发达国家，对废弃耐火材料的再利用都非常重视，废旧耐火材料的再利用率一般都比较高，有的钢厂已达到了80%以上。有的公司与大学以及研究机构合作对废弃耐火材料的再利用进行了深入研究。有的地方建立了专门回收和再加工用后耐火材料的公司，用后耐火材料正在向全部被利用的方向发展。有的企业也在向耐火材料零排放的方向发展。如成立于1987年的法国Valoref公司,专门做全球废弃耐火材料生意，发明了许多回收利用来自玻璃、钢铁、化工、垃圾焚烧等工业的大多数废弃耐火材料的技术与回收利用的拆炉法。法国玻璃窑用耐火材料的回收利用率1997年已达到60%，意大利Officine Meccaniche di Ponaano Venetto公司开发出一种回收利用钢铁工业各种炉子、中间包、铸锭模和钢包内衬用耐火材料的方法4。从1998年开始，美国能源部，工业技术部和钢铁生产者就联合制定了有关延长耐火材料使用寿命和回收利用废弃耐火材料的计划，以解决钢厂每年产生的大约100万t废弃耐火材料。而此前的废耐火材料几乎全被掩埋4，仅有少量被回收。由于政府的支持，生产企业、用户和研究机构之间合作，加强了对用后耐火材料再利用的研究。他们在脱硫剂、炉渣改质剂（造渣剂）、溅渣护炉添加剂、铝酸钙水泥的原料、耐火混凝土骨料、铺路料、陶瓷原料、玻璃工业用原料、屋顶建筑用粒状材料、磨料和土壤改质剂等方面采用废旧耐火材料。在对用后白云石砖作为土壤调节剂和造渣剂方面的研究，也取得了良好的效果。在日本有的钢厂以废砖为主原料，开发出了钢包底周边捣打料、钢包浇注料以及定形产品。如用85%再生料和15%的新料生产出的电炉熔池部位用不烧镁砖，以90%的再生料和10%新料生产出的电炉渣线用镁碳砖，以及全部用再生料生产出的RH底烧成镁铬砖等。在日本知多钢厂用后耐火材料的再利用率达到了50%100%。在我国，废耐火材料的利用率不高，既使回收利用，也基本上是简单粗放的，没有相应的理论做支持，没有与先进的再生技术结合起来。只有宝钢对用后镁铬砖进行过研究5，而且应用到RE炉用喷补料里并显示出了良好的使用效果。他们最近又对再生镁铬砖进行了前期研究，用超过70%的废砖量经18024 h处理后及17503h处理后的再生镁铬砖具有较好的性能。他们还对铝镁碳钢包砖和铁沟料等用后耐火材料进行了再生研究。用超过90%的废砖量研制出再生铝镁碳砖，其性能已接近或达到新产品的水平，特别是再生ASC砖的性能优于目前宝钢鱼雷车使用的ASC砖。对以废硅砖为原料生产窑炉用架子硅砖进行过研究，废硅砖的使用量大于90%，再生的硅砖使用性能良好（见表2）5。表2 宝钢部分废耐火材料再利用的产品性能产品名称MgOAl2O3Cr2O3SiO2C体积密度/g.cm3显气孔率耐压强度/MPa荷重软化温度/废镁铬砖用量70%（180处理）60183.121364废镁铬砖用量70%（1750处理）3.1417.748废铝镁砖用量90%14698.53.025.744废硅砖用量90%2.3（真比重）16621620由此可见，废用后耐火材料的回收利用是完全可行的。我国各行业每年消耗耐火材料约1200万t，用后废弃的耐火材料在400万t以上。这些用后耐火材料若经过拣选、分类和特殊的工艺加工处理后，不但可以生产优质的不定形耐火材料，而且还能再生出优质的定形产品，获得可观的经济效益。这不仅可以节约大量的矿物资源和能源，而且可减少对环境的污染。山东省用后耐火材料的再利用，还没有形成趋势，特别是几大钢铁厂与耐火材料企业之间还没有形成有效的回收再利用机制，废旧耐火材料浪费严重。回收再利用废弃耐火材料应注意以下问题：（1）废弃耐火材料的种类和数量。各钢铁公司与耐火材料企业应合作进行统计、分类、区别及夹杂物的去除等。（2）统盘考虑耐火材料使用者和生产者之间的距离。根据具体的使用地点进行独立处理与联合处理，解决好运输问题。（3）争取国家相应的扶持政策以及地方环境保护政策的支持，以使废弃耐火材料的再利用成为有关行业的共识，为资源的可持续利用提供政策保证。（4）处理好回收利用过程中有关健康、污染、材料价值及分离精选等经济关系。（5）进行相应的再利用理论和回收技术研究，以指导废耐火材料的回收利用。4 结 语目前，山东省耐火材料资源综合利用及再利用率还不高，即便进行了再利用，基本上也是简单的、粗放的，没有相应的理论做支持，没有与先进的再生技术结