多年前，发达国家在工业发展中提出关于铬产品的禁令，以提升其工业生产的环保性，尤其对于钢铁企业而言，为了控制环境污染应推广无铬耐火材料的应用。我国在积极推进钢铁企业低碳环保可持续发展的背景下，也非常重视RH精炼炉耐火材料无铬化研究，研究发现，镁锆质、镁尖晶石质、镁尖晶石钛质耐火材料及镁尖晶石锆质砖、不烧低碳镁碳砖等都成为无铬化研究的重点，虽然围绕以上材料开展研究取得一定的成功，但是也发现在材料研发与应用中存在稳定性和使用寿命方面的问题，所以在今后无铬材料研究中应以优化材料寿命和稳定性为重点。

RH精炼炉用无铬耐火材料及其运用优势

1.1 RH精炼炉用无铬耐火材料基本研究

RH精炼炉用无铬耐火材料具体是指在RH精炼炉中应用的新型耐火材料，因为材料中不含有铬成分被称为无铬耐火材料。当前，该类型材料的研究已经成为我国材料技术研究的重点。

研究RH精炼炉用无铬耐火材料的主要原因在于传统RH精炼炉中应用镁铬类的材料，该材料在生产应用中会产生结构破坏和热震损失，更容易产生较为严重的环境问题。例如，实践研究发现，在RH精炼炉中应用镁铬材料会在化学反应的作用下产生热震损坏，该情况下很容易产生砖体开裂，导致裂缝中进入二次熔化的钢液，如此循环情况下，材料可能出现体积效应。

鉴于以上问题，RH精炼炉中开始提出无铬耐火材料成为研究重点，因为该材料的研发应用可以解决传统镁铬材料出现的问题，保证冶炼高效开展。

1.2 RH精炼炉用无铬耐火材料主要优势

RH精炼炉用无铬耐火材料之所以成为现代钢铁企业材料研究的重点，主要原因在于该材料具有多元化优势，适合广泛应用。

第一，环保无害化优势。RH精炼炉用无铬耐火材料中没有铬成分，因此不会产生六价铬化合物，所以在其应用中不会对人体及周边环境产生污染，满足现代钢铁生产环保要求，符合我国可持续发展总体战略理念。

第二，耐火性能优良。RH精炼炉用无铬耐火材料的耐火性能较为出色，该性能使其应用非常广泛，研究发现，RH精炼炉无铬耐火材料能够承受高温及压力环境考验，材料的总体使用寿命更长，更具有性价比。例如，该材料在RH精炼炉、火力发电、冶金工业等领域应用广泛。

第三，较强的抗侵蚀性。RH精炼炉用无铬耐火材料在应用过程中展现出显气孔率低、强度高、荷重软化温度高等优点。无铬耐火材料的特点使其在RH精炼过程中满足了耐高温、耐侵蚀、耐冲刷的需求。

第四，抗震性能优良。RH精炼炉用无铬耐火材料在实践应用中也展现出良好的抗震性能，不易破碎。从而使该材料不仅在精炼炉中应用，在建筑、玻璃、陶瓷等行业中也有广泛的应用。

RH精炼炉用无铬耐火材料运用现状

RH精炼炉用无铬耐火材料经过长期应用与发展，已经逐渐成熟。结合相关资料进行研究发现，目前，RH精炼炉用无铬耐火材料主要包括镁锆质耐火材料、镁铝尖晶石质系列耐火材料、Mgo-C耐火材料、镁阿隆结合镁质耐火材料等，以下对多种材料的应用进行全面分析。

2.1 镁锆质耐火材料

镁锆砖是一种典型的碱性耐火材料，ZrO₂这一元素不仅具有卓越的耐高温性能且具有优异的化学惰性，并且在高温环境下也能够达到极低的饱和蒸气压，还具有较强的耐磨损性。因此，ZrO₂材料在RH精炼炉中作为一种镁铬砖的代替性材料而受到了广泛关注。这一材料具有明显的弱酸性，因此对酸性以及中性熔渣的侵蚀有着较高的抵抗力，而MgO材料则能够有效抵抗碱性熔渣的侵蚀。所以，在MgO的材料中融入一定量的ZrO₂材料，就能使得这一材料在熔渣碱度变化较大的条件下依旧适用，且在具备优异的抗侵蚀性能的同时，体现出高度的热震稳定性，最为重要的是，材料的应用不会对自然环境以及地下水源造成污染。ZrO₂这一材料在镁锆质耐火材料的应用与Cr₂O₃在镁铬砖中的应用有着十分相似的特征。

2.2 镁铝尖晶石质系列耐火材料

对镁铝尖晶石质系列耐火材料进行研究发现，该材料也是RH精炼炉中应用的一种新型材料，在对该材料进行研究的过程中，为优化其耐腐蚀性能及耐热震性能，将材料的研究分为多种类型，从而使该类型的材料应用越来越多。

第一，镁铝尖晶石耐火材料。镁铝尖晶石耐火与传统镁铬砖材料的耐火性能相似，所以相关专家在研究中提出利用该材料来替代传统镁铬砖材料，降低生产中的污染。研究发现，在RH精炼炉中采用高纯度尖晶石制造的镁铝砖中含有大量Al₂O₃,此种情况下，会导致其比传统镁铬砖的Cr₂O₃溶出速度更快，会对RH精炼炉的工作衬产生影响。为此，在关于镁铝尖晶石耐火材料的研究中，相关专家开始提出方法控制该材料的溶出速度。例如，在该材料的生产中不仅采用镁铝尖晶石作为原材料，还可以应用氧化铝、轻烧镁砂、矾土熟料作为复合材料，以上材料的应用可产生二次尖晶石，其中含有的Al₂O₃元素相对比较少，再利用其生产镁铝砖应用于RH精炼炉，其溶出速度比传统镁铬砖慢，降低了自身对炉衬的影响。

第二，镁铝尖晶石钛质耐火材料。钛元素在现代材料应用中成为一种新趋势，借助钛本身的良好金属性能，研发的新材料也具备超强的金属特性。例如，镁铝尖晶石钛质耐火材料研究中提出借助钛来优化性能。例如，在镁铝尖晶石生产中加入TiO₂。实践证明该材料的加入与应用极为重要，可借助自身抗渗性能使镁铝尖晶石材料生产中抗炉渣能力更强，因为TiO₂优良的抗渗性能，使其在冶炼中渗透炉渣和钢液比较少，所以其性能更加优良。另外，研究发现，利用TiO₂镁铝尖晶石钛质耐火材料在耐火方面也完全优于镁铝尖晶石系列材料。

第三，镁铝尖晶石锆质耐火材料。镁铝尖晶石锆质耐火材料的研究是在传统镁铝尖晶石中加入了ZrO₂材料，同时也有部分研究在加工中应用锆英石微粉，可有效强化耐火材料的组织结构性能，有利于提高耐火性能。研究发现，该材料在应用时与传统材料相比，耐火性能更高，抗腐蚀性能更优良。但是，目前尚未解决的问题是成本问题，因为锆英石微粉的提取加工非常困难，所以目前该材料在加工生产应用中成本比较高，RH精炼炉生产中如果应用该材料可能导致成本过高。

第四，镁钙质耐火材料。镁钙质耐火材料的应用研发已经逐渐被重视，以镁钙砖为具体研究对象，将材料打碎应用于RH精炼炉中，可提升应用效果，由于该材料中氧化铁成分相对较少，所以在其生产中不会与CaO发生反应，也就不会产生过多的碳酸钙，镁钙砖更多应用于精炼炉外衬，生产中不会对钢材质量造成影响，尤其在污染控制方面非常良好。如今，关于镁钙质材料的研究大多以白云石、镁白云石及镁砂资源为主，具有丰富的资源及良好的发展潜力。

2.3 MgO-C耐火材料

RH精炼炉用耐火材料最初研究中以MgO-Cr₂O₃砖为主，该材料在应用过程中强度不足，所以RH精炼炉耐火材料研究中提出对MgO-Cr₂O₃材料强度进行优化，最终的优化方案是加入Al合金材料，借助其氧化变强的原理使材料总体强度得以提升。

但是，在RH精炼炉耐火材料具体应用过程中发现除了强度不足，还存在湿润性较差的问题，该问题在具体应用中使含碳耐火材料的抗结构剥落、抗热剥落等诸多性能全部下降，总体抗裂性能不足，无法满足各项抗裂要求。所以，对该材料进行了碱性优化研究，以提升其湿润性为主。例如，在总体实施研究中发现，加入优质碳素材料可以提升湿润性，也可能防止钢液渗透在耐火材料之中，影响材料的性能。另外，相关工作人员还需要基于碳含量5%以下的低碳镁质耐火材料的研发。

需特别提到的是，当前日本九州耐火材料公司已经运用团聚体型纳米炭黑，与少量B₄C的树脂材料所制成的结合剂相融合，研制出了仅有3%碳含量的低碳镁碳砖，这一材料的性能与含18%石墨的镁碳砖差距不大，但是却具有更低的热导率。由此可知，纳米技术在RH精炼炉衬的耐火材料研发中的应用是非常值得深入研究的，只有降低纳米原料成本，才能够将这一技术大范围推广。

2.4 镁阿隆结合镁质耐火材料

镁阿隆结合镁质耐火材料也是现代无铬耐火材料研究的重点，该材料主要融合碱性耐火材料的特点。在材料开展研究的过程中，相关专家尝试将电熔镁砂、烧结镁砂、镁铝尖晶石等材料相结合，使镁阿隆结合镁质耐火材料具有以上3种材料的优势。实际上，材料在研究应用中也展现出独特性优势，使该材料应用更加广泛，有利于提升材料应用效果。与以上3种材料相比，该材料具有多种优势，已经在RH精炼炉生产中广泛应用。

镁阿隆结合镁质耐火材料在应用过程中具有环保优势。RH精炼炉中应用该材料不会产生有害气体，炉渣中也不产生有害物质，所以其环保性能更加优良，符合环保生产要求。

镁阿隆结合镁质耐火材料应用比较广泛、生产成本更低。例如，实践中发现，RH精炼炉生产中应用该材料可以实现超低碳钢生产、高氮钢生产，同时在其生产中不会产生污染，无需污染处理费用，所以其总体成本更低。

MgAlON是AlON与MgO-Al₂O₃的结合固溶体。而AlON存在低于1650 ℃时不稳定、会分解且在高氧压的环境下不会氧化等缺点。

RH精炼炉用无铬耐火材料发展研究

RH精炼炉作为现代钢铁工业生产的主要设备，该设备的生产至关重要。以上多种无铬耐火材料在RH精炼炉生产制造中应用，可提升炉衬和整体耐火性，提升RH精炼炉的总体使用寿命。虽然文章介绍了多种应用材料，但是从RH精炼炉发展来看，对耐火材料的应用需求依然比较高，材料在应用过程中还要面对高成本、属性不平衡、升级应用单一等问题，所以在RH精炼炉生产研究领域，依然要对耐火材料的应用进行继续创新与研发。

第一，材质选择方面。不仅需要考虑RH精炼炉的总体性能和质量，更需要考虑综合成本因素。因为现代RH精炼炉所用耐火材料已经很多，且多种材料性能相似，所以在RH精炼炉用耐火材料选择中需要考虑成本因素，降低总体成本。例如，通过研究发现使用碳、锆和钛等作为RH精炼炉材料，总体成本过高，所以非必要情况下可以不做选择，如此一来，可适当控制RH精炼炉的成本。

第二，性能平衡。RH精炼炉用材料选择时需要做到性能平衡，虽然最重要的性能是耐火性，但热膨胀、热震性及材料强度等多种因素都需要考虑在内，选择性能平均强度比较大的材料，更有利于优化RH精炼炉的应用性能，才能够提升材料应用效率。

第三，加强产品研发。RH精炼炉无铬耐火材料研究需要继续创新研究，因为许多材料的应用面对成本、性能方面的问题。所以，在一段时间内，钢铁企业以及相关技术研发部门需要继续对RH精炼炉无铬耐火材料进行全面的研究，以提升材料性能，同时降低材料的总体成本。

结 语

RH精炼炉对于现代钢铁企业生产有重要的影响，传统RH精炼炉用耐火材料中含有铬成分，如此一来，在其生产中可能产生污染问题，且耐久性能也不够好。为解决此问题，针对性提出RH精炼炉用无铬耐火材料，在文章中提出多种材料，并对其材料发展提出建议，希望能够RH精炼炉用耐火材料的发展有所帮助。

文章作者：王雨辰

作者单位：鞍山钢铁冶金炉材科技有限公司