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耐火材料的使用效果主要取決于耐火材料的質(zhì)量和使用條件。

多年來，耐火材料工作者一直致力于提高產(chǎn)品質(zhì)量，基本上從兩個方面著手：

(1)改進耐火材料配方，從化學礦物組成的角度上發(fā)明或發(fā)現(xiàn)新的耐火材料;

(2)加強工藝管理，提高制品的物理和使用性能。通過工藝因素提高制品的密度、抗侵蝕性和熱穩(wěn)定性能，成效有限?？梢哉f，大幅度提高耐火材料使用壽命比較困難。 但是，從改善使用條件，加強耐火材料保護這個方向來 提高耐火材料使用壽命，卻收到了顯著效果，例如氧氣轉爐內(nèi)襯壽命，只靠高質(zhì)量的耐火材料，一般壽命在幾百爐，多者千余爐，可是有了噴補和濺渣護爐相配合，使爐襯壽命提高了幾十倍。美國LTV公司的兩轉爐于1994年就有97%的爐襯壽命達到2萬爐。上海寶鋼的轉爐爐襯壽命也達到1.5萬—1.8萬爐。

目前，國內(nèi)采用濺渣護爐技術的轉爐壽命最高達到3萬爐以上。因此，耐火材料工作者應該與用戶密切配合，加強使用中耐火材料的保護。 1 水冷和水冷護板 不同的冷卻制度對內(nèi)襯損毀產(chǎn)生的影響不同。冷卻制度可分為結渣層冷卻和剃度冷卻。結渣層冷卻使耐火內(nèi)襯工作表面的溫度降低。耐火材料與侵蝕物的相互作用，相當于固體狀態(tài)與液體狀態(tài)產(chǎn)物的平衡，即造成結渣層的條件。由于內(nèi)襯變冷，不僅熔渣和金屬熔體形成結渣層，耐火材料本身的易熔成分也向表面遷移。金屬氧化物熔體粘度為0.5-1Pa.s時，失去流動性。根據(jù)化學反應類型、熔體成分和氣體介質(zhì)性質(zhì)，一般在1250—1550oC的范圍內(nèi)有這樣的粘度值。因而結渣層冷卻的工作表面應該降到指定的溫度范圍以下。確定工作表面的另一出發(fā)點是使表面溫度低于化學反應開始溫度。結渣層冷卻系統(tǒng)，一般用板式、箱式冷卻裝置，或管型護渣板，在它們的表面和空格里填滿耐火材料薄層。采用汽化或直接用水的冷卻系統(tǒng)，對于電弧爐，不僅使渣層厚度增加，而且渣中FeO與C反應生成CO氣體慢慢從渣中逸出，使渣保持泡沫狀態(tài)，從而減少弧光對內(nèi)襯的熔損，降低耐火材料消耗。

電爐冷卻壁板，同時又是爐墻，效果明顯。高功率電爐(500-600kW·tˉ1)結渣層冷卻爐墻壽命可以達到400爐以上。由于使用期限延長和停工檢修時間縮短，爐子生產(chǎn)率提高3%-5%。附加在冷卻系統(tǒng)的電能消耗：噸鋼增加5%-10%，但耐火材料消耗降低50%-90%。 剃度冷卻是耐火材料表面溫度仍舊等于爐子空間溫度，而“冷”面的溫度降低，以致使內(nèi)襯按厚度的溫度剃度增大。內(nèi)襯溫度剃度大的某深度的溫度(決定于耐火材料化學侵蝕全過程的溫度)比溫度剃度小的同樣厚度的溫度要低些，這樣隨溫度剃度增大，而造成損毀的熔融物滲入深度減少。要用各種方法解決剃度冷卻的結構。從耐火材料消耗的觀點看，剃度冷卻比結渣層方法要低，但冷卻的能量消耗要高些。 從冷卻剃度的觀點，爐窯內(nèi)襯實行兩層：即致密層和隔熱層。致密層接近熱空間，隔熱層放在外面。在這種場合，兩層的溫度剃度不同：致密層剃度不大，而隔熱層剃度較大。由于致密層剃度減小，伴隨這個層的損毀加劇，因此認為實行兩層形式的內(nèi)襯，可能不合理。由“熱”邊向“冷”邊連續(xù)提高氣孔率的內(nèi)襯應該更合理。用搗打和澆注的方法容易實現(xiàn)這樣的內(nèi)襯。 武鋼大型高爐(2516m3)采用全炭磚水冷薄爐底，爐底厚度減半，施工機械化程度高(大90%以上)，修筑工期縮短2/3，壽命長達14年，節(jié)約高鋁磚近400 m3，證實了一位專家的名言“最耐用、最便宜的爐底耐火材料是碳和水” 2 耐火材料損毀部位的修補 眾所周知 ，為了提高氧氣轉爐內(nèi)襯的使用壽命，采取了許多措施。如根據(jù)個部位損毀特點，采用不同的耐火材料，以達到均衡蝕損?？墒切Ч⒉焕硐?，采用噴補方法使內(nèi)襯壽命成倍增長，同時降低耐火材料消耗。特別是火焰噴補，耐火材料細粉在火焰高溫作用下被熔化在爐襯表面上，相當于熔融耐火材料，既抗侵蝕又耐磨。 3 降低侵蝕物的侵蝕性，同時利用侵蝕物保護耐火材料 這是保護耐火材料比較新的方向，已經(jīng)取得明顯成效。渣是耐火材料使用過程中的主要因素。渣與耐火材料接觸的時間越長，侵蝕越嚴重。鋼包內(nèi)襯的損毀與渣層厚度有直接關系。用放渣法使鋼包中渣量減少，可使包襯壽命成倍提高。用各種填料(次石墨、燒結的多空粘土、蛭石等材料)覆蓋渣曾也可以使渣的侵蝕性減小。在這種場合，渣不是首先與耐火材料內(nèi)襯起反應，而是與填料材料反應，填料為中和劑。

渣與耐火材料相互作用的動力學階段，侵蝕性減小的理論前提是渣中形成硅、鋁、鐵等絡合物狀，用陽離子減少渣成分中的游離O2-份額。在這種場合形成復雜的陰離子ALXOY2-、SixOy2- 、FexOy2-約束游離氧，減小渣的侵蝕性，發(fā)生渣熔體中和。 如氧化鋁熔體中有鐵橄欖石成分，ALO32-數(shù)量明顯增加，而游離氧的份額減少。

中和劑的另一作用是對侵蝕物粘度的影響，例如氧化鈣-硅酸鹽渣中，引入CaO的量>30%,或MgO20%，或Cr2O37%,能使渣的粘度提高到1Рa·s。是溶解的耐火材料減少。于是，氧化鈣-硅酸鹽渣溶解粘土質(zhì)耐火材料，原渣的為2.6㎎·㎝-2·s-1，加入20%中和劑，1600°C時為0.2㎎·㎝-2·s-1。 含碳耐火材料與侵蝕物的相互作用和氧化物耐火材料有本質(zhì)的區(qū)別。例如：焦油鎂白云制品在氧氣轉爐中的損毀，耐火材料與侵蝕物相互作用分兩個階段進行：首先從爐渣、金屬熔體出來的氧和吹氧直接出來的游離氧滲透到耐火材料中，耐火材料表面層的碳被燒盡，并形成脫碳帶。脫碳帶被渣浸透，渣進行侵蝕(溶解)白云石和鎂砂的過程，侵蝕層被鋼液沖刷然而相互作用產(chǎn)物在內(nèi)襯的某些區(qū)域仍以薄層形式存在，阻擋新鮮渣的相互作用。再脫碳帶的邊界上，耐火材料的碳和氧化物及渣的部分氧化物之間同時進行還原反應，最終形成氣體。這些氣體阻撓渣的氧化物熔體滲入到耐火材料中，并擴散到更高強度的熱層中，金屬和SiO2蒸氣與氧反應生成的氧化物，由脫碳層邊界向熱層方向移動形成致密的方鎂石帶。在這個帶中，出現(xiàn)方鎂石由于形成致密的方鎂石帶，促使在轉爐渣中噴吹高高分散的方鎂石。在這種場合，由于發(fā)顆粒長大，相鄰顆粒之間形成小橋結構，方鎂石、方鈣石沿氣孔邊界結晶。這種致密帶結構是氧化物氣相結晶化特有的。致密帶防止碳化、氧化，促使焦油結合耐火材料穩(wěn)定性提高?？墒莾H是在渣中游離氧有一定含量時，形成致密帶取決于渣成分，例如氧氣轉爐渣中游離氧的摩爾分數(shù)為0.8時，焦油結合的材料形成致密的氧化物帶。

生MgO +C→Mg+ CO反應，Mg蒸氣沒有留在渣中，而凝結在內(nèi)襯上，部分原子氧替代吹入分子氧參與氧化鎂。由于內(nèi)襯上凝結MgO，抗侵蝕性提高，損毀層得到填補。早在20世紀60年代，郁國城就曾提出過用白云石造渣，調(diào)整爐渣組成，減少爐渣對內(nèi)襯的侵蝕。美國發(fā)明的濺渣護爐技術，就是基于這個原理，吹入合適的方鎂石，是渣均勻地噴濺到爐膛內(nèi)襯上，平衡熔蝕速率，大幅度提高了內(nèi)襯使用壽命。 4 規(guī)定使用溫度和氣體制度的耐火材料內(nèi)襯損毀定額 眾所周知，提高出鋼溫度，使爐渣粘度降低，加速了耐火材料的侵蝕;保護爐內(nèi)溫度、壓力、氣氛穩(wěn)定，使爐襯蝕損速度穩(wěn)定;采用精確的激光測厚技術，使內(nèi)襯噴補時間及噴補區(qū)域得到準確控制。 煉鋼生產(chǎn)的供養(yǎng)和溫度制，其較佳值帶有折中性，既取決于經(jīng)濟計算，又要保護耐火材料。可以采取各種方法保持溫度不變，例如鋼包、轉爐等循環(huán)作業(yè)的熱工設備，在裝滿前要蓋好，如果時間更長，用燃燒器加熱使內(nèi)襯溫度保持不變。使耐火材料內(nèi)襯的損毀速度在人為控制之下，以便采用合理的補救措施，提高使用壽命。 5 優(yōu)化耐火材料內(nèi)襯結構 合理的結構會提高耐火材料內(nèi)襯的熱振穩(wěn)定性。一般所說的熱震穩(wěn)定性是指單個制品，往往并不能保證砌體的熱震穩(wěn)定性。保護耐火材料砌體，是用各種辦法防止由于機械應力造成的破壞。 當一面熱流不變時，按墻壁厚度的線條狀溫度剃度，減小內(nèi)襯的拉長熱應力有效。通過造成可變氣孔率結構的辦法來實現(xiàn)線條狀溫度剃度。 還靠熱流方向耐火材料內(nèi)襯厚度的精減來減小熱應力?？墒莾?nèi)襯厚度的變化并不能始終保證應力減小，此外還靠熱損失增大。如果沒有渣作用，比較合理的是用一種材料，按厚度選擇合適的外形，有幾層構成耐火材料墻壁結構。 可以借助選擇材料和磚縫厚度，作到實質(zhì)性減少砌體應力，可能提高耐火材料的使用壽命。不僅在于改善砌體結構，而且還有單個制品形狀和尺寸的合理化。例如使用鎂質(zhì)制品，當一面的溫度不變，而對面明顯變化時，在制品的熱面鋸開10㎜深，在使用條件下剝落減少。從應力分布均勻性的觀點，六面形狀的制品比四面的可取。 在提高耐火材料質(zhì)量的基礎上，要想大幅度地提高耐火材料內(nèi)襯的使用壽命，必須研究使用條件，根據(jù)具體情況，采用合理的保護耐火材料措施。