摘 要：在本文中，主要介绍目前钢包用耐火原料与承包中标价的价格矛盾，简述了钢包各部位的耐火材料应用现状及其主要损毁因素，并提出提升废砖深处理的方法与必要性与钢包内耐材优化工艺设计的方向，为该行业整体水平的提升提供思路。

近两年来，在国内环保治理常态化与耐材行业碳达峰的双重管控下，以镁砂、矾石、刚玉为代表的耐火原料厂家，原料价格上涨已经成为普遍共识，耐火材料行业的生产成本居高不下。同时，国内钢包耐材的中标价却越来越低，承包厂家的竞争越来越激烈。日益上涨的原材料价格与越来越低的中标价构成鲜明的矛盾，新材料或新工艺技术的应用是解决该矛盾的最佳途径。在钢包用耐材上，可工业化大批量使用的物美价廉的新材料(除山西某钢厂整体捣打干式料包衬外)，一直少有报道。优化工艺设计就成为目前降低钢包整体耐材成本的最有效途径。

1 钢包用耐火原料与中标价现状随着矿山的综合治理、工业电力的涨价叠加2030工业领域碳达峰的国家政策，耐火原料价格持续在高位运行，下降空间有限。近两年来，97电熔镁砂(块)每t价格稳定在4 000～5 000元，88矾石(块)每t价格在2 300～3 000元，板刚玉(段砂)每t价格在5 200～5 700元。除少数自有矿山的耐材厂家外，90%以上耐材厂家，议价空间有限。2021年，钢包承包的价格持续在刷新低价。达州某钢厂80 t浇注料钢包(非精炼)，中标含税价每t为5.15元，由抚顺某耐材厂家独家承包。浇注料钢包(非精炼)是铝镁体系，根据冶炼工艺或出钢温度区别，主原料就是85/88矾石，矾石的生产基地主要在山西、贵州，而中标承包厂家是在东北。现场水洗发现，该浇注料厂家颗粒均是废刚玉。石家庄某钢厂120 t普炼钢包，中标含税价每t为5.8元，由新密某耐材厂家承包。普炼钢包是镁碳体系，主原料就是97电熔镁砂，镁砂的生产基地主要在营口大石桥一带，而中标承包厂家是在河南。实地切开发现，该镁碳砖厂家颗粒普遍泛灰白，这是废镁碳砖重复利用后最明显的特征。以前面提到的两家耐材厂家为例，分别在普炼浇注钢包和普炼砌筑钢包上，有工艺设计独门的优势，在普炼浇注钢包和普炼砌筑钢包承包招投标领域，几乎很少遇到势均力敌的对手。经剖析与实践应用相结合，发现利用深加工的废砖，优化工艺设计，可以更简单直接有效的降低钢包承包的综合成本。

2 钢包用耐火材料应用现状绝热层，主流耐材厂家普遍采用纳米绝热板，厚度尺寸有5、10 mm不等。正常情况，钢厂没有特殊要求，绝热层总厚度不超过10 mm。通常建议，现场施工优先选用5 mm纳米绝热板，双层错缝交叉施工，隔热效果更好。10 mm绝热板，看似施工方便快捷、价位稍微便宜一点，实际施工中发现，对工人的责任心要求很高，绝热板缝隙问题不好解决。因绝热板材质超出作者认知范围，不再赘述。

永久层，主要有整体浇注、以砖代模、砖砌等三种施工方式。整体浇注与以砖代模，均采用浇注施工，只是区别点在于有无永久层模具。根据钢包大小不同，永久层模具普遍价位在4万～10万不等。受制于钢厂和耐材厂家双方降本的共同需求，目前普遍以砖代模，边砌筑工作层边施工永久层浇注料，通常是在工作层砖施工6～8层，进行浇注一次，高度在600～800 mm，钢厂有特殊要求除外。

永久层浇注料主要有水泥结合、硅灰结合两大体系，依据耐材厂家的技术水平或钢厂招标要求不同，所选材质也不尽相同。砖砌永久层，有半镁片(厚度30 mm)、高铝质(厚度40～80 mm)、镁碳质(厚度40～80 mm)、铝镁质(40～80 mm)等，具体使用，根据现场实际情况来定。

工作层，钢包现场有四种施工方式，或整体浇注，或包底包壁浇注、渣线砌砖，或包底浇注、包壁渣线砌砖，或整体砌砖等。最特殊的是山西某钢厂80 t钢包采用整体捣打干式料包衬，寿命也能达到120炉左右，受限于资料技术有限，不再赘述。

浇注类钢包可分为两种，一种是非精炼的钢包，大部分是整体浇注的形式，以冶炼建材钢(如Q235B、Q195)为主，通常在40～120 t左右，冶炼温度不超过1 600℃，为均匀钢水成分，只进行简单的炉后吹氩处理，吹氩时间通常不超过5 min，包龄在150～200炉不等。这类材质通常以88矾石、中档镁砂为主，采用镁硅水结合体系，以Mg O-Al2O3-SiO2相图为基础来优化工艺设计。根据冶炼工艺的不同，骨料可选85/88矾石、棕刚玉等，基质类可选棕刚玉粉、亚白刚玉粉、矾土尖晶石粉、88矾石粉、铝微粉、硅微粉等。

另一种是精炼钢包，大部分是包底包壁浇注，渣线砖砌的形式，以冶炼洁净钢为主(如IF、X80)，通常在150～300 t左右，冶炼温度在1 650℃左右，精炼方式以LF或LF+RH居多，LF精炼时间在30～45 min左右，LF+RH精炼时间在60～90 min左右，包龄在120～160炉左右。这类材质通常以板刚玉、76/78尖晶石为主，采用低水泥结合体系，以Mg O-Al2O3-CaO相图为基础来优化工艺设计。根据冶炼工艺的不同，骨料可选板刚玉、白刚玉等，基质类可选板刚玉粉、白刚玉粉、铝微粉、尖晶石粉、电熔镁砂粉、71水泥等。

砖砌类钢包分类应用同上，区别在于冶炼工艺的不同，材质设计不尽相同。渣线砖设计基于精炼方式和渣系不同，大体可以分为LF+VD、LF、普炼等三类;包壁砖设计基于钢种和吹氩搅拌时间不同，大体可分为高档与普通材质两类;包底砖设计基于出钢口孔径和冲击部位不同，大体可分为冲击和非冲击区两类。

钢包内功能性原件，透气砖与水口座砖，如何做到稳定、长寿命应用一直是各耐材厂家追求的目标，也是钢厂对耐材厂家的最低要求，同时也是制约包龄的关键因素。多年来材质没有大的变化。透气砖类材质还是骨料以板刚玉为主，基质有板刚玉粉、尖晶石粉、氧化铬绿、71水泥等。浇注料类水口座砖材质同上。机压类水口座砖材质与高档渣线砖类似，区别之处在于基质得到进一步加强，目的是提高抗冲刷性能。

近两年来，以往透气砖骨料用的有从日本、法国进口或购进青岛安迈板刚玉，生产与议价均受限，值得欣喜的是，山东某集团生产的板刚玉，也能大批量应用。基质用的尖晶石微粉，东北地区、浙江、武汉均有公司可以生产，且已经大批量应用。

3 钢包用耐材优化工艺设计的前提3.1 钢包用耐材损毁因素永久层浇注料的正常损毁，多与长期反复使用，热震裂纹扩大有关。

在一个包役(钢厂通常规定永久层使用周期>8次，必须拆除)中，在钢壳、绝热层、自身应力的共同作用下，永久层出现裂纹是不可避免的，通常在第4次使用时，就或多或少出现。这也就是为何钢厂总强调工作层砖侵蚀完毕后，永久层浇注必须保证1炉寿命的主要原因。这个理由在实际应用中，显的牵强。事实上，只要砖侵蚀完毕，现场没有提前发现并采取措施，漏包几乎是不可避免。

永久层砖损毁多与整体性差，机器拆包有关。含碳质永久层砖，损毁多与石墨氧化，强度急剧降低有关，尤其是废镁碳砖颗粒成型的永久层砖，使用1～2炉后，砖呈疏松状，几乎没有强度;用新颗粒或废弃不含碳的铝镁材料成型的砖，相对稳定性较好，但整体使用效果不如浇注料。

LF+VD工艺条件下，渣线砖的损毁是高温(通常在1 650℃)，真空减压(脱氢、脱氮)下，不仅在砖内的有Mg O+C的直接反应[1]，还有精炼渣系与砖的反应，同时在强搅拌(全程吹氩)，强电弧(>2 000℃)下，还有物理搅拌和电磁场[2]等共同导致的。

LF/LF+RH工艺条件下，渣线砖的损毁主要与LF炉的精炼渣(渣系、粘度)、吹氩搅拌强度(透气砖吹氩压力大小)，精炼时间长短，钢水温度高低等导致的熔损和渗透有关。RH(真空循环脱氢)，通常是在浸渍管内进行，不吹氩，只是简单的液面波动，对渣线砖的损毁影响有限。

非精炼条件下，渣线砖的损毁，主要与渣系熔损和渗透有关。包壁砖(含碳、无碳)或浇注(矾石镁砂、刚玉尖晶石)包壁的损毁均与熔损和渗透有关。精炼类冶炼方式，只考虑搅拌强度和时间等因素加快包壁的侵蚀作用。包底砖(含碳、无碳)或浇注(矾石镁砂、刚玉尖晶石)包底的损毁主要与高温冲刷有关。其次是材质的热震稳定性，影响着包底的裂纹或断砖等，这些会加速包底的侵蚀。透气砖的损毁主要与热修烧氧、吹氩搅拌、渗透熔损、应力断裂有关。前三个因素均是现场因素，可改变性有限。断裂往往是内外应力共同作用的结果，可以通过更换材质、调整温度、改变尺寸外形等优化工艺设计的方法来解决。

3.2 提升废砖处理的档次

废砖的处理核心“除杂质”和“提纯”。

“除杂质”，无非就是采用物理或化学方法来处理。钢包利用的废砖，在拣选阶段多用物理用法来处理变质层;破碎前后，用水化方式来处理Al3C4和AlN等。

“提纯”就是提高回收废砖中主材质颗粒的纯度，减少假颗粒，减少低熔物。通常情况下，废砖采用的是二级处理，粗破用鄂破，细破有对辊、圆锥破、复合破、冲击破，甚至有些厂家用球磨、碾机等进行再次处理，进一步假颗粒比例，以获得更高的纯度等，进而能够使处理后废砖的加入量，尽可能多的代替原始材质颗粒，做到100%替代。

由于废砖的硬度不同，含碳质废砖的处理与废刚玉质的处理设备不同。含碳质废砖，在进行拣选“铝质”与“镁质”分类的前提下，不同的处理设备，获得的主颗粒纯度也不相同。采用鄂破+对辊的处理，MgO含量(w)通常不超过70%,C含量偏高，且假颗粒偏多;采用鄂破+对辊+碾机的处理，Mg O含量(w)通常不超过75%,C含量偏高，且假颗粒偏少;采用鄂破+圆锥破+碾机或球磨的方式，Mg O含量(w)通常在80%以上，C含量偏低，且假颗粒很少。

考虑到耐材厂家制取的废砖颗粒不同，有的是6～1、≤1 mm，有的是6～3、3～1、≤1 mm，有的是≤6、≤5 mm等，均有适合自己的工艺设计。为了进一步提高废砖加入量的比例，降低工作层的综合成本，耐材厂家采用鄂破+圆锥破+碾机或球磨的方式更容易实现。刚玉质废砖，实际生产中，采用鄂破+冲击破的方式，比鄂破+对辊的产能高2～3倍，且假颗粒更少，颗粒纯度更高，Al2O3+MgO≥92%，代替刚玉颗粒的比例更高。

4 钢包用耐材优化工艺方向与具体应用4.1 永久层优化工艺设计及应用：

浇注料首选镁硅水结合体系。根据钢包大小和精炼与否来设计材质，在钢厂没有特殊要求情况下，120t钢包以下，可以采用三级铝石/废砖颗粒+烧结镁砂粉+硅灰的工艺设计;120 t钢包以上，可以采用80以上矾石/废砖颗粒+中档镁砂粉+硅灰的工艺设计。永久层的环境温度<1 350℃，在材质相同条件下，无论常温、中温、高温烧后抗折和耐压强度，镁硅水结合体系>水泥结合>溶胶结合[3]。从实际应用来看，常温烘烤、高温烧后强度，废尖晶石颗粒>废高铝砖，推荐加入比例60%～70%。

机压永久层砖，首选水玻璃结合的铝镁材质，可以使用回收后的废尖晶石砖、废高铝砖、废镁砖等等，降低永久层综合成本，推荐加入比例80%～90%，在河南某钢厂100 t转炉钢包正常使用。半镁片，强度低，易断裂，只是单纯的降低永久层厚度;含碳永久层砖，导热系数大，均不推荐使用。

4.2 镁碳砖优化工艺设计及应用

LF+VD工艺条件下，渣线砖通常是97电熔镁砂与98大结晶复合，选取优质石墨等制作而成，骨料部分引进20%左右的高档废砖(Mg O>80%,Al<4%)。在湖南某钢厂100 t钢包，山东某特钢厂90 t钢包均能够满足现场使用。LF/LF+RH工艺条件下，渣线砖通常是由97电熔镁砂与少量石墨制作而成，骨料部分引进40%～60%的高档废砖(Mg O>80%,Al<4%)。在河北某钢厂300 t钢包，山东某钢厂220 t钢包，均能够满足现场使用。非精炼条件下，渣线砖通常是由废砖颗粒与少量石墨组成，骨料和基质部分引进60%～80%左右的高档废砖(Mg O>80%,Al<4%)。包壁砖，通常是由废砖颗粒与微量石墨组成，骨料和基质部分引进40%～90%左右的高档废砖(Mg O>80%,Al<4%)。在100%LF+VD或加废钢过多的冶炼，或减薄尺寸来增加承钢量时，包壁砖也有部分用全新料。具体加入比例，根据钢厂冶炼工艺来进行调整。有生产条件的耐材厂家，能够做到1个钢厂1个包壁工艺，真正的把包壁砖成本降到最低。铝镁碳材质的冲击区砖，颗粒部分废刚玉砖(Al2O3+MgO>92%)与废砖(Mg O>80%,Al<4%)可以复合使用，混合加入比例在30%～60%。镁碳材质的冲击区包底砖，废砖(Mg O>80%,AI<4%)，加入比例在40%～70%。非冲击区砖，废砖比例最高能够达到90%。

从上文提到的新密某耐材厂家的承包价格分析来看，综合成本每t不到3 000元，参考易耐网今年3月份97电熔镁砂(块)每t为4 300～4 400元，95石墨每t为4 500～4 900元，推断废砖加入量(w)>65%。

4.3 浇注料优化工艺设计及应用

非精炼钢包浇注料，通常是由矾石颗粒与废刚玉颗粒组成，骨料和基质部分引进40%～70%左右的废刚玉砖(Al2O3+MgO>92%)。从上文提到的东北某耐材厂家的承包价格分析来看，综合成本每t不到2 100元，参考易耐网今年3月份85矾石(块)每t在2 030～2 080元，95中档(块)每t在2 800～3 000元，推断废砖加入量(w)>60%。精炼钢包浇注料，通常是由板刚玉、白刚玉颗粒与97电熔镁砂(≤1 mm、200目)、76尖晶石粉等组成的低水泥浇注料工艺，颗粒部分可以引进15%～35%废刚玉砖(Al2O3+Mg O>92%)。在湖南某100 t钢包已工业化使用1 a，与正常浇注料寿命相比，几乎没有差别，使用中无剥落、无裂纹，成本每t下降1 000元，获得很好地经济效益。值得注意的是，废刚玉砖在此类浇注料工艺中比例的多少，与基质烧结性好坏有关，这是优化此类工艺最关键的环节。在实际应用中，纳米级铝微粉、90MA尖晶石超细粉，都能起到良好的烧结效果。

4.4 透气芯优化工艺设计及应用

免烧透气芯，在国内应用中优缺点都很明显，因质量不稳定原因，一直都存在异议。随着近两年来，生产控制流程的不断改进，工艺配方的不断优化，免烧透气芯的质量稳定性，越来越好，应用也是越来越稳定。从实际应用来看，河北某钢厂240 t钢包，精炼时间30～45 min，使用25～30炉;山东某钢厂140 t钢包，精炼时间45～60 min，使用30～35炉;山东某特钢厂120 t钢包，精炼时间30～45 min，两块交替使用55～60炉，均能满足现场的使用要求。整体烧成透气芯的加工周期在30～45 d，整体免烧透气芯的加工周期在15～25 d，大大缩短交工周期，同时取消装壳、高温烧成等两个工序，既避免火泥缝存在的安全隐患，又降低综合能耗，免烧透气芯是优化工艺设计的方向。与烧成透气芯相比，更严格的原材料控制、更严格的加水量控制、更严格的低温处理是保证免烧透气芯体积稳定性与质量稳定性的根本。

5 结语在国内明确钢铁行业2030“碳达峰”的大背景下，绿色耐材工厂的升级之路，同时开启。耐材工厂需要大量资金投入的升级改造，与钢包整体承包价格的屡创新低，导致现金流越来越紧张，优化工艺设计，切实降低吨钢成本，成为钢包耐材工厂生存下去的唯一选择。通过说明钢包内耐材应用现状，分析钢包内耐材的主要损毁因素，提出提升废砖深处理的方法与必要性，结合实际应用，指出钢包内耐材优化工艺设计的方向，为该行业的提升发展贡献智慧。