焦?fàn)t綠色耐材新技術(shù)

　　工況條件及存在的問題。寶鋼最初是從日本引進(jìn)的當(dāng)時(shí)最新的耐材配置，此后就一直沿用其耐材技術(shù)方案。盡管焦?fàn)t服役壽命可以超過25年，但在運(yùn)行中對環(huán)境的影響越來越糟糕。散熱、漏煤氣、冒黃煙、耐材內(nèi)襯結(jié)石墨等各種問題凸現(xiàn)，能源消耗高，NOx和COx排放高，廢耐材排放多，嚴(yán)重影響了焦?fàn)t的綠色環(huán)保和安全生產(chǎn)，必須通過耐材新技術(shù)開發(fā)來積極加以解決或改善。

　　爐門、裝煤口、上升管新技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場工況條件及各種耐火原料的特性，爐門、裝煤口、上升管預(yù)制件確定為莫來石—堇青石材質(zhì)體系。莫來石—堇青石質(zhì)預(yù)制件材料在強(qiáng)度、抗熱震性、保溫性等關(guān)鍵性能上都要優(yōu)于傳統(tǒng)黏土磚，可以保證在應(yīng)用中有更長的壽命和更好的使用效果。

　　以上耐材在應(yīng)用中內(nèi)襯表面不可避免要結(jié)石墨，導(dǎo)致耐材破損，這些部位易冒煙漏氣。寶鋼通過研究，在耐材內(nèi)襯表面進(jìn)行陶瓷優(yōu)化處理，經(jīng)處理后耐材表面氣孔率由29%下降至3%，對外來焦油和雜質(zhì)具有不滲透性。試驗(yàn)證明，經(jīng)過釉化處理的坩堝可以大大減少滲碳現(xiàn)象，而且可以提高預(yù)制磚對爐內(nèi)雜質(zhì)的抗侵蝕性能，因此，釉層與各預(yù)制塊材料復(fù)合的使用是安全可靠的。

　　表面陶瓷釉化處理的預(yù)制件組合爐門2006年在寶鋼正式應(yīng)用，不用改變現(xiàn)有爐門框金屬件，不需要鑄鐵磚槽，達(dá)到了整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、密封性更好的目標(biāo)，而且減輕了爐門整體重量，有利于開閉位移。新型爐門對結(jié)石墨、焦油等黏結(jié)物易清理，減輕了工作強(qiáng)度，改善了環(huán)境。使用壽命可達(dá)4年以上，減少了維修，加快了爐門的周轉(zhuǎn)。同時(shí)，材料保溫性能好，在比原有爐門減薄70mm的情況下，比傳統(tǒng)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(jīng)濟(jì)效益。

　　2008年開始，寶鋼應(yīng)用內(nèi)表面釉化預(yù)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(dòng)強(qiáng)度；爐圈不結(jié)石墨，裝煤口沒有抬高現(xiàn)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(huán)境大大改善。

　　他們開發(fā)的新型上升管自2012年開始在寶鋼6m焦?fàn)t使用，目前為止未發(fā)生過因上升管內(nèi)表面瀝青和石墨沉積而減少焦?fàn)t煤氣排出的現(xiàn)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(jié)焦、耐高溫、耐腐蝕、密封好、模塊化、長壽化的多種優(yōu)異性能，這種陶瓷復(fù)合釉化預(yù)制件與結(jié)構(gòu)技術(shù)還有力地促進(jìn)了上升管荒煤氣顯熱回收技術(shù)的實(shí)施。

　　以上耐材新技術(shù)已在湛江工程建設(shè)，寶鋼四期、新一期焦?fàn)t建設(shè)和三期焦?fàn)t的改造維修中得到了大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益7000萬元以上。目前，國內(nèi)外很多焦?fàn)t都借鑒了寶鋼經(jīng)驗(yàn)，對焦?fàn)t清潔生產(chǎn)產(chǎn)生了重要影響。

　　碳化室爐墻防結(jié)石墨新技術(shù)。寶鋼研究開發(fā)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(bǔ)爐墻表面細(xì)縫和細(xì)小凹坑的功能，這樣爐墻就不易結(jié)石墨并修復(fù)爐墻表面缺陷。經(jīng)測試，涂層達(dá)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(hù)碳化室墻面。2009年在焦?fàn)t碳化室進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，噴涂時(shí)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(yīng)用了12個(gè)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(jié)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?fàn)t推焦困難的問題，并延長碳化室使用壽命。

　　碳化室超高導(dǎo)硅磚新技術(shù)。寶鋼2011年起開發(fā)了碳化室高導(dǎo)致密硅磚技術(shù)，導(dǎo)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(dá)到結(jié)焦快、減少煤氣用量的效果。至2013年底，經(jīng)過持續(xù)研發(fā)，寶鋼與中鋼耐火公司一起突破了超高導(dǎo)硅磚微晶粒化、孔徑微化、性能均衡化等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，將導(dǎo)熱率進(jìn)一步提高到2.45w/（m·k）。與傳統(tǒng)硅磚相比，高導(dǎo)熱硅磚在微觀結(jié)構(gòu)、晶相組成、理化指標(biāo)方面有了更合理的改進(jìn)提高，非常有利于焦?fàn)t的長壽。

　　目前，寶鋼已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了萬噸級試驗(yàn)量，在新一期200孔焦?fàn)t上全面應(yīng)用，預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)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(dǎo)熱硅磚的使用，減少了焦?fàn)t的燃料消耗，降低了NOx等污染物的排放，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是未來焦?fàn)t耐材使用新的技術(shù)方向。對于中國年產(chǎn)5億噸焦炭的焦?fàn)t總量來說，這將對行業(yè)產(chǎn)生重大影響。

　　RH無鉻化耐材新技術(shù)

　　寶鋼股份從2006年開始RH爐用無鉻磚研究，先后試驗(yàn)了多種無鉻磚材質(zhì)，其中效果好的有鎂尖晶石磚和鋁尖晶石預(yù)制塊，性價(jià)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(jìn)入穩(wěn)定應(yīng)用階段，并且進(jìn)一步適應(yīng)了RH脫硫精煉工藝的要求，為國內(nèi)外RH無鉻化技術(shù)起到了良好的示范作用。

　　寶鋼耐材LCA評價(jià)技術(shù)

　　寶鋼采用生命周期評價(jià)方法，分別對煉鋼鋼包常用的鎂碳磚、剛玉尖晶石預(yù)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(chǎn)品不同階段的環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行了評估，對耐材產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中的能源構(gòu)成和生命周期二氧化碳排放進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出了耐材產(chǎn)品節(jié)能減排的改進(jìn)建議。寶鋼建立了4種耐材的生命周期清單數(shù)據(jù)庫，為寶鋼未來計(jì)劃實(shí)施的綠色采購建立初始數(shù)據(jù)庫，以便對不同供應(yīng)商生產(chǎn)的同種耐材產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境績效比對，引導(dǎo)耐材供應(yīng)商實(shí)施綠色耐材的生產(chǎn)。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(yīng)用所產(chǎn)生的環(huán)保后果。

　　例如，根據(jù)研究結(jié)果，1個(gè)鋼包在生命周期中消耗鎂碳磚187.4噸、預(yù)制塊73.2噸、澆注料68噸、透氣磚12.8噸，則1個(gè)功能單位的4類耐材產(chǎn)品的初級能源需求分別為鎂碳磚2606GJ、預(yù)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(jì)算出，二煉鋼年消耗的5800噸鋼包澆注料如果都改用預(yù)制塊，綜合考慮采購和使用總成本，使用預(yù)制塊比澆注料可節(jié)約313萬元，降低總成本約6%。因此，LCA對鋼廠選擇和應(yīng)用耐火材料也有很好的指導(dǎo)作用。

　　綜上所述，在環(huán)境經(jīng)營理念指導(dǎo)下，綠色耐材的技術(shù)進(jìn)步與實(shí)施，已經(jīng)成為寶鋼經(jīng)營管理者和技術(shù)人員的自覺行動(dòng)。目前，寶鋼只是在最影響環(huán)境的耐材應(yīng)用薄弱環(huán)節(jié)如焦?fàn)t、RH爐、LCA上進(jìn)行了部分針對性的研究與改進(jìn)，通過努力及風(fēng)險(xiǎn)分析，謹(jǐn)慎地實(shí)施了實(shí)際應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保社會(huì)效益，引領(lǐng)了綠色耐火材料制造和應(yīng)用的先進(jìn)方向。但是，鋼鐵冶煉全流程綠色耐材的優(yōu)化還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完成，由于環(huán)境經(jīng)營的目標(biāo)與城市鋼廠的定位，寶鋼綠色耐材新技術(shù)任重道遠(yuǎn)。（鄭貽裕 石洪志 甘菲芳 金從進(jìn)）

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