摘要耐火材料区域整体承包模式不能很好地将钢铁生产与耐火材料应用有效结合，明显阻碍了钢铁和耐火材料企业的飞速发展，耐火材料专业化总包为炼钢提供全流程服务将成为一种必然的趋势;应用方面，以转炉溅渣和钢包耐火材料选配为例介绍了广义与狭义吨钢耐火材料成本概念，耐火材料吨钢整体承包模式是狭义理念的应用，而吨钢耐火材料单耗则是广义理念的应用，极低的耐火材料单耗将成为国内外先进钢厂追求的目标;在耐火材料的选择与指标检测时，必须以实际的应用性能作为根本，而传统的检测存在一定的缺陷，必须探索新的耐火材料性能指标评价标准，做到测试指标与使用效果的有机统一。
引 言
耐火材料作为工业窑炉最重要的炉衬材料，对窑炉的使用寿命和效果起着决定性的作用，目前，耐火材料已经由最初的冶金辅助材料变成冶金主体材料，许多冶金新产品、新材料的开发都离不开优质高档耐火材料的配合。近30年来，通过对国外耐火材料的剖析，实行“官、产、学、研、用”相结合，我国的耐火材料工业水平取得了长足的进步，基本达到世界先进水平，部分产品甚至达到世界领先水平。
但是，更应清醒地认识到，我国耐火材料的进步主要体现在耐火材料的研究和生产方面，而在某些方面，特别是占耐火材料使用量约70%的冶金耐火材料应用技术的差距在拉大;同时耐火材料行业的发展与资源、能源和环境紧密相关，耐火材料行业的发展更加关系到高温工业的能效、节能和环保。因此，中国耐火材料行业未来的发展需要认真和系统地思考，为此，结合目前国内外耐火材料的生产和使用现况，从冶金耐火材料的使用方面进行相关论述。
1耐火材料区域整体承包的利弊
钢铁企业的耐火材料管理模式随着钢铁行业的发展也在不断进步，从单纯提供耐火材料，到采购承包，再到目前国内大部分钢铁企业采用的区域整体承包等采购模式。采用耐火材料区域整体承包，钢企可以控制冶炼过程中耐火材料的消耗成本，减少供应商的数量，提高管理效率，降低采购风险、采购工作量和采购费用，同时也减少了钢铁企业资金占用，降低库存成本;耐火材料企业则可以与钢铁企业建立长期的合作伙伴关系，有利于企业的做大做强。
耐火材料区域整体承包虽然有很多优点，但在此模式下，耐火材料企业与钢铁企业之间的结算是以出钢量为结算依据的，由于各自所占立场不同，决定了耐火材料企业很难与钢铁企业在利益上达到统一，因此对钢铁企业冶炼技术进步、钢铁产品品质的提高、节能减排和钢铁企业成本的降低愈来愈不利，具体表现为：
(1) 冶炼技术的不断进步会促进耐火材料技术的发展，反之，耐火材料技术的进步也给冶炼技术的提高提供了条件，耐火材料的改进需要从三方面着手进行，即耐火材料结构改进、新品种研发和维护手段的应用;但开发新的产品或新的应用技术，除了要增加研发投资外，还要承担很大的风险，所以耐火材料供应商主要以冶炼设备的耐火材料不出事故为主要目的，没有为钢铁企业技术进步做贡献的动力，因此不利于钢铁企业冶炼技术的进步。
(2) 现代冶金技术要求耐火材料向“更长寿、无污染、功能化”方向发展，恶劣的市场环境使耐火材料供应商经营越来越困难;而国内耐火材料供应商绝大多数研发能力不足，为了保证盈利，只能从原材料上挖潜，势必造成耐火材料质量不稳定，使用后一定会影响钢水品质，不利于钢铁产品品质的提高。
(3) “节能降耗”是这个时代的主题，炼钢过程中的热量损失是高能耗的表现之一，保温对炼钢降低能耗、节约能源、优化整个工艺有着重要的意义，钢铁企业是节能降耗的直接受益者;但耐火材料承包商不能从中获利，考虑成本因素，不会考虑钢铁生产过程中的过程温降，也不会在节能降耗上积极主动投入资源配合钢铁企业，只会根据钢铁企业的安排被动地适应，因此不利于钢铁企业的节能减排。
(4) 对于钢铁企业而言，耐火材料成本只占钢铁生产成本的2%左右，比例很小，采用区域整体承包模式，钢铁企业只考虑耐火材料采购成本，基本上丧失了耐火材料使用的主导权;而耐火材料企业为了降低生产成本，不会考虑使用的耐火材料会不会给钢水带入杂质，因此在实际使用中，钢铁企业往往为净化钢水而增加大量成本，甚至远远大于耐火材料采购所降低的成本。这不利于钢铁企业整体成本的降低，对钢铁企业而言是得不偿失的。
耐火材料区域整体承包除了存在以上四点主要不足外，还存在以下一些不利因素：会将一些单项产品好但整体实力弱而无能力总包的厂家排除出合格供应商之列;供应与管理分离，使用标准的制定常会发生分歧，尤其在生产运行过程中对耐火材料产品的下线判断;供应与施工分离，消耗控制困难，事故判定责任方扯皮;使用过程浪费;钢铁企业对新产品的试验、引进的积极性降低等。以上是钢铁企业的不足。对耐火材料企业而言，区域整体承包会导致市场竞争更趋激烈，恶性竞争导致市场价格越来越低，钢铁企业对耐火材料企业的欠账越来越多，从而使耐火材料企业经营形式越来越差，无法投入较多财力进行新产品和新技术的研发，企业竞争力变差，最终形成恶性循环。
通过对耐火材料区域整体承包模式的利弊分析可以看出，虽然耐火材料区域整体承包模式对钢铁企业和耐火材料企业都有一定好处，产生过良好的推动作用;但随着现代冶金工业的发展，其不足之处越来越成为制约钢铁用耐火材料发展的制约因素。如何借鉴欧、美、日等先进国家钢铁企业耐火材料管理经验，探寻适合我国钢铁企业的耐火材料管理模式，是一个值得炼钢工作者和耐火工作者都深思的课题。
2 广义与狭义吨钢耐火材料成本的分析
耐火材料吨钢成本在这里是指生产1t钢所消耗的耐火材料价格。狭义的概念仅指用了多少耐火材料而产生的成本;广义的概念不仅包括耐火材料的自身成本，还包括物流、修砌及耐火材料质量原因引起钢铁料的消耗等而产生的成本。吨钢耐火材料消耗是指生产1t钢用了多少千克的耐火材料。吨钢耐火材料成本和吨钢耐火材料消耗其实不是对立的两个方面，而应该是一个有机的统一。降低吨钢耐火材料成本可以有两种途径，一种是使用低品质耐火材料，虽然吨钢消耗大，但价格低，可以达到吨钢耐火材料成本低的目的;另一种是使用高品质耐火材料，虽然耐火材料单价高，但因为可以大幅提高耐火材料寿命，降低耐火材料单耗，同时减少了由于耐火材料污染而引发的钢水净化成本，同样可以达到耐火材料吨钢成本降低的目的。吨钢耐火材料成本与吨钢耐火材料消耗都是用来界定钢铁冶炼中耐火材料使用量的指标，因为各企业思考的角度和出发点不同，因此采取不同的界定模式。
表1中列出了2010年国内外著名钢铁企业的耐火材料消耗状况。从表中可以看出，我国耐火材料吨钢消耗与国外先进钢铁公司还有很大差距，其中B钢厂作为我国钢铁行业的先进代表，耐火材料消耗扔比日本耐火材料消耗水平高30%左右。这既有理念的问题，也有耐火材料的品质和使用方面的问题。
在理念方面，我国目前大多钢厂采用耐火材料吨钢整体承包模式，钢厂仅考虑耐火材料成本，因此大部分企业仅仅统计吨钢耐火材料成本，而不管理吨钢耐火材料消耗，这是耐火材料吨钢成本的狹义理念; 而且我国耐火材料企业产能大量过剩，竞争加剧，导致耐火材料厂的利润空间不断压缩，最后甚至亏损，企业就无法投入较多经费进行科研开发，不能进行产品升级和质量改善，耐火材料产品质量跟不上钢铁冶炼工艺的发展，就会影响炉体寿命，从而导致吨钢耐火材料消耗偏高，加剧了钢水由于耐火材料污染所需的净化成本，因此对钢铁公司整体而言，耐火材料整体成本并没有降低。而日本和韩国先进钢铁公司更加注重广义的吨钢耐火材料成本理念。他们注重耐火材料产品质量，不是一味降低耐火材料单价，耐火材料制造商能够投入大量资金进行适应钢铁工业发展的耐火材料产品的研发，开发出高效长寿耐火材料制品，提高炉体寿命，降低耐火材料吨钢消耗。
耐火材料作为冶金工业的辅助材料，应该是耐火材料的应用与现代冶金工业协同发展，实现钢铁冶金全流程中的最低成本。这是未来耐火材料的必然发展之路，下面以转炉溅渣护炉利弊和钢包耐火材料的配置问题两个例子来论述广义吨钢耐火材料成本的优势。
2.1转炉溅渣护炉的利弊
转炉是炼钢的主要冶炼容器，其炉龄直接影响着炼钢的生产组织，因此转炉炉龄是衡量转炉炼钢的一项综合性技术经济指标。从1991年美国LTV钢铁公司使用溅渣护炉技术，1995年我国采用此技术以来，转炉炼钢生产发生了质的飞跃，炉龄有了大幅度提高，吨钢炉衬消耗也大幅度降低。但是在国内钢铁产能大幅过剩的今天，片面追求转炉高炉龄是否值得，是一个值得商榷的问题。
图1和图2分别给出了某转炉炉龄与溅渣+炉修时间的对比图和炉役成本与炉龄关系图。由图可以看出，无论是在工作时间方面还是在耐火材料使用成本方面，转炉都拥有经济炉龄(就是成本最低、效益最大的炉龄)，再继续提高炉龄，会大幅度增加溅渣成本以及喷补料、热补料成本和炉修时间，从而使耐火材料使用成本随着转炉炉龄的提高而增加。
图3给出了某钢厂通过实际测量出钢完毕后非溅渣状态下的温度下降曲线，溅渣状态下从出钢到溅渣完毕后的温度下降约300℃，远大于非溅渣状态下的200℃温降。炼钢作为高能耗产业，溅渣护炉技术对节能减排来说却是不利的，不论是投入溅渣料，还是顶枪吹气溅渣都会使转炉温降加快，增加转炉的热损失，从而间接造成能源损耗。同时，溅渣护炉需要使用大量溅渣护炉材料，主要是轻烧白云石材料，造成大量资源浪费和环境破坏。
在冶金效果与成本方面，溅渣护炉过程中一些黏度大的熔渣留在炉底，致使炉底上涨。炉底上涨易堵塞底吹透气砖，对复吹冶金效果影响很大。通常采用溅渣护炉技术后，底吹透气砖的寿命均≤3000炉。这意味着从3000炉以后，复吹效果大大减弱甚至完全没有。美国内陆钢厂在采用溅渣护炉技术后，吹炼低碳钢终点的[%C]·[%O]平均为0.0043，这可以认为基本不再保留复吹转炉那种明显的冶金特征了。这也就是为什么日本和欧洲大部分钢厂不想采用溅渣护炉技术的根本原因。另外，溅渣后，因为渣中TFe含量高，治炼时会造成烧钢升温和吹氧的比例上升，导致钢水中[O]上升，从而影响钢水质量。另外，因为渣中S、P等有害元素富集，在冶炼时会增大冶炼难度，并增加相关辅料的加入量。造成成本增加，特别是对冶炼极低P和极低S的钢种来说，可能因为渣中S和P带来的不利影响，直接增加钢种的冶炼难度或不能成功冶炼。
转炉生产组织要考虑铁钢平衡。在钢厂设计时，采用1或2座转炉生产时，炉修时铁钢平衡造很难做到的，溅渣护炉工艺还是有意义的。如果在钢厂设计时考虑3或4座转炉生产，在1座转炉炉修时，其他转炉生产完全可以满足铁钢平衡。因此，对于以冶炼精品钢材为主的钢厂来说，转炉溅渣护炉工艺就不是必需的。只能作为一种应急情况下的补救手段，但设计时一定要把溅渣护炉设备考虑进去。
2.2钢包耐火材料的配置
钢包是炼钢过程非常重要的设备，特别是现代工业对钢材的品质要求越来越高，低碳、超低碳等纯净钢的需求量越来越大，而转炉炼钢往往不能达到这些要求，这就需要通过炉外精炼来降低钢液中的碳含量及其他杂质。因此对钢包要求也越来越高;而传统的钢包耐火材料要么不能达到使用要求，要么寿命很低，没有成本竞争优势。因此，开发高效长存的钢包耐火材料是发展的必然趋势。
影响钢包使用寿命的主要因素是耐火材料的损毁，其原因包括化学侵蚀和热机械应力造成的剥落开裂，此外材料材质及其尺寸、砌筑结构、膨胀缝大小、精炼条件等也是影响寿命的重要因素。当前，困扰我国钢包耐火材料发展的主要原因是钢包包龄低和包壁粘渣问题。目前包壁工作衬主要使用镁碳砖、铝镁碳砖、镁铝尖晶石整体浇注料或预制块，渣线使用低碳镁碳砖或低碳铝镁碳砖，包底使用镁碳砖或高铝浇注料等，钢包存命一般在100炉左右，极少数钢厂的在150 -180炉。对比日本同行业水平(见图4)，钢包寿命基本在250次左右。
钢包粘渣也是我国钢铁厂普遍存在的问题，其主要影响因素是钢包渣成分和耐火材料材质，此外，出于炼钢工艺及操作因素也会加剧钢包粘渣，表2列出了加剧钢包粘渣的原因。
表2加剧钢包粘渣的原因
防止钢包粘渣可采取的措施：
1)提高钢包热周转率，减少钢包周转个数。
2)加强钢包的维护操作，及时清理钢包包沿结渣，防止包沿口结圈钢包渣倒不尽，对包壁明显熔损和剥落部位及时进行修补，以免渣和熔钢渗入而加剧粘渣。
3)在浇钢结束后尽快倒渣，加强炉后行车的生产组织，降低钢包从浇完到翻罐的吋间，避免钢包粘液现象的发生。
4)提高转炉出钢挡渣操作水平，减少转炉渣进入钢包，炉后和精炼时加石灰，使钢包渣充分熔化。
5)控制使用中的钢包数量，减少钢包等待时间;受钢前对钢包加热;使用中采用钢包盖;钢包永久层采用隔热层;包壁采用低导热耐火材料。
6)耐火材料方面，提高砌筑质量，控制砖缝尺寸，减少包衬的热应力。提高抗热震能力，减少开裂。
7)采用有效的钢包覆盖剂，改善钢包覆盖剂的铺展性。提高其保温性能，降低覆盖剂中SiO2含量，从减低其黏度，减少钢包粘渣。
要解决这些问题，仅仅靠狹义理念的耐火材料吨钢成本控制是不能解决的，需要耐火材料供应商与钢铁企业共同探寻解决方法，从广义的耐火材料吨钢成本控制去实现最低成本。
目前，日本的钢包耐火材料单耗在1.4 kg ? t- 1左右(见图5).远低于我国钢铁企业的单耗。实际应用表明，降低耐火材料吨钢消耗对炼钢洁净钢钢的生产、出钢温度的降低及节能等方面都有深远的意义，有时是不可或缺的，如：洁净钢的生产，是现代炼钢的主导理念，通常系指钢中有害成分(S、P、O、H、N)含量非常少，非金属夹杂物不仅数量很少，而且尺寸很小，形态得到控制，合金元素成分精准并且均匀分布的高品质钢材，如果耐火材料单耗高，说明进入钢水中的耐火材料就多。一般以熔损和剥落的形式进入，熔损往往增[C]、增[O]及产生较小的非金属杂质等，剥落往往产生较大的非金属杂质。较小的非金属夹杂(质量分数≤50 X 10-6)、通过现有的冶炼工艺很难去除，所以，低单耗的耐火材料才能满足洁净钢的生产。同时，钢包耐火材料单耗低说明钢包的热周转率高，冷包出钢少，转炉的平均出钢温度降低。这意味着氧气、合金等的消耗降低，通常出钢温度降低1℃，吨钢成本降低1元，并且低的出钢温度对铸坯的质量也是有利的。
根据前面所述，认为钢包耐火材料的理想配置应为：包壁保温层厚30 mm，永久层整体浇注料厚80- 100 mm，工作层整体浇注料厚180 ~210mm;渣线选择低碳镁碳砖，厚180 ~230 mm;包底采用整体浇注模式。根据钢包大小选择合适的整体炉衬厚度。借鉴国外先进同行的管理经验，并参考我国透气砖的实际使用情况，制定表3所示的修理模式，同时要继续加强钢包整体浇注料和应用技术的研发，以下两点尤其重要：1)开发有效的修补技术以对炉衬损耗部分进行局部修补，而不是使用良好耐用性的材料替换整个炉衬。这种技术既可以保证炉役期间炉衬的均匀损耗，又可以产生尽可能少的残余耐火材料。2)开发接续浇注修补技术，在不废弃原残留衬耐火材料的情况下连续施工筑衬。
3.耐火材料指标与使用效果的关联度
耐火材料在工业窑炉上使用时，存在着使用地点、操作条件、工业窑炉设计条件等差异，特别是在操作条件方面，由于炉内容积、炉型、操作温度、炉内压力、炉内气氛、溶解物、加热物、炉壳温度的不同，选择的耐火材料也不同;同时在高温使用状态下，它与炉渣、分解气体、粉尘接触，产生局部的热应力，而且有时会受到高压。因此，耐火材料在使用中也时刻发生变化，必须确立使用中或使用后设定的试验方法。
在表示耐火材料的性能时，可分为两种性能，即耐火材料固有的一般性能指标和被应用时耐蚀损的性能(性能指标)。在选择和使用耐火材料时，必须掌握能耐得住直接蚀损的性能。当然，它与耐火材料本身固有的一般性能具有极其密切的关系，从一般性能可以大致推出耐蚀损的性能。
就耐火材料的一般性能而言，各项固有的指标有时是相互制约的，就重了某一个指标，必然会避轻了另外一个指标。这就需要熟知该种材料的各种性质，再去研究使用的具体环境，在该环境中究竟那一个指标最需要经受考验，就确定该指标为重点检验指标， 而与之相对应的其他指标则可作为选用时的参考指标，这样检验时就可以避轻就重，就会对该种耐火材料在某种使用环境下的使用状况做出一个正确的评价，从使用角度上来选用耐火材料。按照这种原则选定的耐火材料，既考虑了该耐火材料的一般性质，又把耐火材料的使用性质作为重点突出了出来， 而耐火材料各项指标制定得是否合理，质量是否合格，归根到底要由使用来验证。同时也应该明白，由于耐火材料本身是一种非均质体，且检验过程中各操作环节方面也对检验结果造成一定影响。所以耐火材料的检验数据应该是一个范围数据，以其作为质量的判定依据也应该是一个范围判定;同时有些检验项目单纯靠检验方法、检验规则是无法做出的，更应该多考虑一下实际的实用性能，依靠检验经验来对该材料的性能做一个科学的评价;另外，对于更新换代的耐火材料在进行物理性能测试时，更应该多考虑一下其性能指标，采用相对应的检验规则与试验方法。
结 语
中国是世界上最大的钢铁和耐火材料的生产国和消耗国。如何在钢铁工业微利时代保证钢铁品种、质量、安全生产的同时降低钢铁生产成本及耐火材料消耗水平，是每个炼钢工作者和耐火材料工作者都必须认真思考的问题。只有实现钢铁企业和耐火材料企业的共贏，才能使我国耐火材料产业良性发展，更好地为钢铁工业服务。
来源：找耐火材料网，邱文冬（上海宝钢工业技术服务有限公司耐火材料技术事业部）
