让“钢铁之锅”绿色化

　　焦炉绿色耐材新技术

　　工况条件及存在的问题。宝钢最初是从日本引进的当时最新的耐材配置，此后就一直沿用其耐材技术方案。尽管焦炉服役寿命可以超过25年，但在运行中对环境的影响越来越糟糕。散热、漏煤气、冒黄烟、耐材内衬结石墨等各种问题凸现，能源消耗高，NOx和COx排放高，废耐材排放多，严重影响了焦炉的绿色环保和安全生产，必须通过耐材新技术开发来积极加以解决或改善。

　　炉门、装煤口、上升管新技术。根据现场工况条件及各种耐火原料的特性，炉门、装煤口、上升管预制件确定为莫来石—堇青石材质体系。莫来石—堇青石质预制件材料在强度、抗热震性、保温性等关键性能上都要优于传统黏土砖，可以保证在应用中有更长的寿命和更好的使用效果。

　　以上耐材在应用中内衬表面不可避免要结石墨，导致耐材破损，这些部位易冒烟漏气。宝钢通过研究，在耐材内衬表面进行陶瓷优化处理，经处理后耐材表面气孔率由29%下降至3%，对外来焦油和杂质具有不渗透性。试验证明，经过釉化处理的坩埚可以大大减少渗碳现象，而且可以提高预制砖对炉内杂质的抗侵蚀性能，因此，釉层与各预制块材料复合的使用是安全可靠的。

　　表面陶瓷釉化处理的预制件组合炉门2006年在宝钢正式应用，不用改变现有炉门框金属件，不需要铸铁砖槽，达到了整体结构稳定、密封性更好的目标，而且减轻了炉门整体重量，有利于开闭位移。新型炉门对结石墨、焦油等黏结物易清理，减轻了工作强度，改善了环境。使用寿命可达4年以上，减少了维修，加快了炉门的周转。同时，材料保温性能好，在比原有炉门减薄70mm的情况下，比传统炉门外温度降低50℃～70℃，这样还可减少煤气消耗，增加炭化室的有效容积，取得显著的经济效益。

　　2008年开始，宝钢应用内表面釉化预制件新型装煤口，减少了装煤口漏气率，拉条腐蚀大大减少；更换周期延长了10倍，降低了工人的劳动强度；炉圈不结石墨，装煤口没有抬高现象，炉面平整，而同期砌筑安装的铸铁件装煤口已有20mm～40mm的抬高，炉顶环境大大改善。

　　他们开发的新型上升管自2012年开始在宝钢6m焦炉使用，目前为止未发生过因上升管内表面沥青和石墨沉积而减少焦炉煤气排出的现象，也无耐材开裂、脱落问题，效果十分理想。正是基于上升管耐材抗结焦、耐高温、耐腐蚀、密封好、模块化、长寿化的多种优异性能，这种陶瓷复合釉化预制件与结构技术还有力地促进了上升管荒煤气显热回收技术的实施。

　　以上耐材新技术已在湛江工程建设，宝钢四期、新一期焦炉建设和三期焦炉的改造维修中得到了大规模的工业化应用，每年产生经济效益7000万元以上。目前，国内外很多焦炉都借鉴了宝钢经验，对焦炉清洁生产产生了重要影响。

　　碳化室炉墙防结石墨新技术。宝钢研究开发了一种陶瓷涂层材料喷涂在碳化室炉墙表面，可以封闭炉墙表面气孔，还具有焊补炉墙表面细缝和细小凹坑的功能，这样炉墙就不易结石墨并修复炉墙表面缺陷。经测试，涂层达到莫氏硬度9级，而硅砖硬度为7级，所以涂层还非常耐磨，可以保护碳化室墙面。2009年在焦炉碳化室进行了应用试验，喷涂时浆料附着性非常好。使用后观察，喷涂后的墙面不仅形成了良好的釉面，涂料还填充了硅砖的空隙和砖缝。从应用了12个月的喷涂面观察，炉墙的表面光滑致密，炉墙及砖缝几乎没有结石墨，最大推焦电流比原来下降了50A，说明效果很好。新材料可以很好地改善老期焦炉推焦困难的问题，并延长碳化室使用寿命。

　　碳化室超高导硅砖新技术。宝钢2011年起开发了碳化室高导致密硅砖技术，导热率从普通硅砖的1.90w/（m·k）提高到2.30w/（m·k），意图提高燃烧室与碳化室之间的传热，达到结焦快、减少煤气用量的效果。至2013年底，经过持续研发，宝钢与中钢耐火公司一起突破了超高导硅砖微晶粒化、孔径微化、性能均衡化等关键技术难点，将导热率进一步提高到2.45w/（m·k）。与传统硅砖相比，高导热硅砖在微观结构、晶相组成、理化指标方面有了更合理的改进提高，非常有利于焦炉的长寿。

　　目前，宝钢已经实现了万吨级试验量，在新一期200孔焦炉上全面应用，预计经济效益超亿元，减少废气（CO2、NOx、CO2）排放总量约10万吨/年以上。高导热硅砖的使用，减少了焦炉的燃料消耗，降低了NOx等污染物的排放，具有可观的经济效益和社会效益，是未来焦炉耐材使用新的技术方向。对于中国年产5亿吨焦炭的焦炉总量来说，这将对行业产生重大影响。

　　RH无铬化耐材新技术

　　宝钢股份从2006年开始RH炉用无铬砖研究，先后试验了多种无铬砖材质，其中效果好的有镁尖晶石砖和铝尖晶石预制块，性价比好的是不烧镁尖晶石砖。从2010年无铬砖开始批量使用，到2013年，宝钢股份直属炼钢厂全部6座RH炉全部采用无铬砖，目前已进入稳定应用阶段，并且进一步适应了RH脱硫精炼工艺的要求，为国内外RH无铬化技术起到了良好的示范作用。

　　宝钢耐材LCA评价技术

　　宝钢采用生命周期评价方法，分别对炼钢钢包常用的镁碳砖、刚玉尖晶石预制块、刚玉尖晶石浇注料和刚玉尖晶石透气砖4种耐火材料产品不同阶段的环境负荷进行了评估，对耐材产品的生产过程中的能源构成和生命周期二氧化碳排放进行了分析和总结，提出了耐材产品节能减排的改进建议。宝钢建立了4种耐材的生命周期清单数据库，为宝钢未来计划实施的绿色采购建立初始数据库，以便对不同供应商生产的同种耐材产品进行环境绩效比对，引导耐材供应商实施绿色耐材的生产。该研究还对耐材使用阶段所消耗的能源和CO2排放有了定量的分析，可以很好地知道钢厂对这类耐火材料应用所产生的环保后果。

　　例如，根据研究结果，1个钢包在生命周期中消耗镁碳砖187.4吨、预制块73.2吨、浇注料68吨、透气砖12.8吨，则1个功能单位的4类耐材产品的初级能源需求分别为镁碳砖2606GJ、预制块2127GJ、浇注料2902GJ和透气砖608GJ；CO2排放分别为是213吨、121吨、147吨和40吨。宝钢还计算出，二炼钢年消耗的5800吨钢包浇注料如果都改用预制块，综合考虑采购和使用总成本，使用预制块比浇注料可节约313万元，降低总成本约6%。因此，LCA对钢厂选择和应用耐火材料也有很好的指导作用。

　　综上所述，在环境经营理念指导下，绿色耐材的技术进步与实施，已经成为宝钢经营管理者和技术人员的自觉行动。目前，宝钢只是在最影响环境的耐材应用薄弱环节如焦炉、RH炉、LCA上进行了部分针对性的研究与改进，通过努力及风险分析，谨慎地实施了实际应用，并取得了显著的经济效益和环保社会效益，引领了绿色耐火材料制造和应用的先进方向。但是，钢铁冶炼全流程绿色耐材的优化还远远没有完成，由于环境经营的目标与城市钢厂的定位，宝钢绿色耐材新技术任重道远。（郑贻裕 石洪志 甘菲芳 金从进）

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