焦爐綠色耐材新技術

　　工況條件及存在的問題。寶鋼最初是從日本引進的當時最新的耐材配置，此后就一直沿用其耐材技術方案。盡管焦爐服役壽命可以超過25年，但在運行中對環境的影響越來越糟糕。散熱、漏煤氣、冒黃煙、耐材內襯結石墨等各種問題凸現，能源消耗高，NOx和COx排放高，廢耐材排放多，嚴重影響了焦爐的綠色環保和安全生產，必須通過耐材新技術開發來積極加以解決或改善。

　　爐門、裝煤口、上升管新技術。根據現場工況條件及各種耐火原料的特性，爐門、裝煤口、上升管預制件確定為莫來石—堇青石材質體系。莫來石—堇青石質預制件材料在強度、抗熱震性、保溫性等關鍵性能上都要優于傳統黏土磚，可以保證在應用中有更長的壽命和更好的使用效果。

　　以上耐材在應用中內襯表面不可避免要結石墨，導致耐材破損，這些部位易冒煙漏氣。寶鋼通過研究，在耐材內襯表面進行陶瓷優化處理，經處理后耐材表面氣孔率由29%下降至3%，對外來焦油和雜質具有不滲透性。試驗證明，經過釉化處理的坩堝可以大大減少滲碳現象，而且可以提高預制磚對爐內雜質的抗侵蝕性能，因此，釉層與各預制塊材料復合的使用是安全可靠的。

　　表面陶瓷釉化處理的預制件組合爐門2006年在寶鋼正式應用，不用改變現有爐門框金屬件，不需要鑄鐵磚槽，達到了整體結構穩定、密封性更好的目標，而且減輕了爐門整體重量，有利于開閉位移。新型爐門對結石墨、焦油等黏結物易清理，減輕了工作強度，改善了環境。使用壽命可達4年以上，減少了維修，加快了爐門的周轉。同時，材料保溫性能好，在比原有爐門減薄70mm的情況下，比傳統爐門外溫度降低50℃～70℃，這樣還可減少煤氣消耗，增加炭化室的有效容積，取得顯著的經濟效益。

　　2008年開始，寶鋼應用內表面釉化預制件新型裝煤口，減少了裝煤口漏氣率，拉條腐蝕大大減少；更換周期延長了10倍，降低了工人的勞動強度；爐圈不結石墨，裝煤口沒有抬高現象，爐面平整，而同期砌筑安裝的鑄鐵件裝煤口已有20mm～40mm的抬高，爐頂環境大大改善。

　　他們開發的新型上升管自2012年開始在寶鋼6m焦爐使用，目前為止未發生過因上升管內表面瀝青和石墨沉積而減少焦爐煤氣排出的現象，也無耐材開裂、脫落問題，效果十分理想。正是基于上升管耐材抗結焦、耐高溫、耐腐蝕、密封好、模塊化、長壽化的多種優異性能，這種陶瓷復合釉化預制件與結構技術還有力地促進了上升管荒煤氣顯熱回收技術的實施。

　　以上耐材新技術已在湛江工程建設，寶鋼四期、新一期焦爐建設和三期焦爐的改造維修中得到了大規模的工業化應用，每年產生經濟效益7000萬元以上。目前，國內外很多焦爐都借鑒了寶鋼經驗，對焦爐清潔生產產生了重要影響。

　　碳化室爐墻防結石墨新技術。寶鋼研究開發了一種陶瓷涂層材料噴涂在碳化室爐墻表面，可以封閉爐墻表面氣孔，還具有焊補爐墻表面細縫和細小凹坑的功能，這樣爐墻就不易結石墨并修復爐墻表面缺陷。經測試，涂層達到莫氏硬度9級，而硅磚硬度為7級，所以涂層還非常耐磨，可以保護碳化室墻面。2009年在焦爐碳化室進行了應用試驗，噴涂時漿料附著性非常好。使用后觀察，噴涂后的墻面不僅形成了良好的釉面，涂料還填充了硅磚的空隙和磚縫。從應用了12個月的噴涂面觀察，爐墻的表面光滑致密，爐墻及磚縫幾乎沒有結石墨，最大推焦電流比原來下降了50A，說明效果很好。新材料可以很好地改善老期焦爐推焦困難的問題，并延長碳化室使用壽命。

　　碳化室超高導硅磚新技術。寶鋼2011年起開發了碳化室高導致密硅磚技術，導熱率從普通硅磚的1.90w/（m·k）提高到2.30w/（m·k），意圖提高燃燒室與碳化室之間的傳熱，達到結焦快、減少煤氣用量的效果。至2013年底，經過持續研發，寶鋼與中鋼耐火公司一起突破了超高導硅磚微晶粒化、孔徑微化、性能均衡化等關鍵技術難點，將導熱率進一步提高到2.45w/（m·k）。與傳統硅磚相比，高導熱硅磚在微觀結構、晶相組成、理化指標方面有了更合理的改進提高，非常有利于焦爐的長壽。

　　目前，寶鋼已經實現了萬噸級試驗量，在新一期200孔焦爐上全面應用，預計經濟效益超億元，減少廢氣（CO2、NOx、CO2）排放總量約10萬噸/年以上。高導熱硅磚的使用，減少了焦爐的燃料消耗，降低了NOx等污染物的排放，具有可觀的經濟效益和社會效益，是未來焦爐耐材使用新的技術方向。對于中國年產5億噸焦炭的焦爐總量來說，這將對行業產生重大影響。

　　RH無鉻化耐材新技術

　　寶鋼股份從2006年開始RH爐用無鉻磚研究，先后試驗了多種無鉻磚材質，其中效果好的有鎂尖晶石磚和鋁尖晶石預制塊，性價比好的是不燒鎂尖晶石磚。從2010年無鉻磚開始批量使用，到2013年，寶鋼股份直屬煉鋼廠全部6座RH爐全部采用無鉻磚，目前已進入穩定應用階段，并且進一步適應了RH脫硫精煉工藝的要求，為國內外RH無鉻化技術起到了良好的示范作用。

　　寶鋼耐材LCA評價技術

　　寶鋼采用生命周期評價方法，分別對煉鋼鋼包常用的鎂碳磚、剛玉尖晶石預制塊、剛玉尖晶石澆注料和剛玉尖晶石透氣磚4種耐火材料產品不同階段的環境負荷進行了評估，對耐材產品的生產過程中的能源構成和生命周期二氧化碳排放進行了分析和總結，提出了耐材產品節能減排的改進建議。寶鋼建立了4種耐材的生命周期清單數據庫，為寶鋼未來計劃實施的綠色采購建立初始數據庫，以便對不同供應商生產的同種耐材產品進行環境績效比對，引導耐材供應商實施綠色耐材的生產。該研究還對耐材使用階段所消耗的能源和CO2排放有了定量的分析，可以很好地知道鋼廠對這類耐火材料應用所產生的環保后果。

　　例如，根據研究結果，1個鋼包在生命周期中消耗鎂碳磚187.4噸、預制塊73.2噸、澆注料68噸、透氣磚12.8噸，則1個功能單位的4類耐材產品的初級能源需求分別為鎂碳磚2606GJ、預制塊2127GJ、澆注料2902GJ和透氣磚608GJ；CO2排放分別為是213噸、121噸、147噸和40噸。寶鋼還計算出，二煉鋼年消耗的5800噸鋼包澆注料如果都改用預制塊，綜合考慮采購和使用總成本，使用預制塊比澆注料可節約313萬元，降低總成本約6%。因此，LCA對鋼廠選擇和應用耐火材料也有很好的指導作用。

　　綜上所述，在環境經營理念指導下，綠色耐材的技術進步與實施，已經成為寶鋼經營管理者和技術人員的自覺行動。目前，寶鋼只是在最影響環境的耐材應用薄弱環節如焦爐、RH爐、LCA上進行了部分針對性的研究與改進，通過努力及風險分析，謹慎地實施了實際應用，并取得了顯著的經濟效益和環保社會效益，引領了綠色耐火材料制造和應用的先進方向。但是，鋼鐵冶煉全流程綠色耐材的優化還遠遠沒有完成，由于環境經營的目標與城市鋼廠的定位，寶鋼綠色耐材新技術任重道遠。（鄭貽裕 石洪志 甘菲芳 金從進）

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