钢铁企业废弃耐火材料的再利用措施探究

钢铁企业废弃耐火材料的再利用措施探究

毛朋

攀枝花钢城集团有限公司冶金辅料分公司，四川 攀枝花，617000

摘要：钢铁冶金行业中耐火材料是其中非常重要的辅助材料，应用的范围也是非常广。目前国内消耗的耐火材料每年大概约有1000万吨左右，其中废弃的耐火材料占比达到近一半，假如能够把废弃的材料循环使用，就可以使耐火材料的成本大幅度的降低，从而使得整个钢铁行业的产品成本降低，势必会带来较高的经济效益。基于此，本文对钢铁企业废弃耐火材料再利用的有效措施进行探究分析，为促使国内钢铁产业的可持续健康发展提供参考性意见。

关键词：钢铁企业；废弃耐火材料；再利用；措施

部分废弃耐火材料中含有一些对身体健康有害的元素，如，可能会致癌的耐火陶瓷纤维或含有致癌物的六价铬。在实际处理过程中所产生的二氧化硅会被人们吸入体内产生硅肺。在实际使用拆卸含有碳制品的过程中所产生的大量灰尘都会对人体健康带来直接影响。与此同时，在耐火材料实际使用期间所带来的污染问题也比较严重。如，金属和炉渣往耐火材料表面或内部进行渗透的过程中，蒸汽或盐类沉积在耐火材料气孔结构中，会产生一些化学反应。除此之外，废弃耐火材料也会因周围环境中的水份、粉尘等加剧污染。无论哪种来源的污染都会对废弃耐火材料的物理性能产生较大影响，进而提升了其处理成本，从而造成污染问题，其也同样是废弃耐火材料回收再利用的的最大障碍因素。

一、国内外钢铁废弃耐火材料的处理现状

国内耐火材料利用率较低仅仅20%，其中冶金行业的能达到40%左右。当前大多数企业对于废旧材料采取的处理方式基本都是掩埋，即便是回收再利用，也只是进行基本的掺入和加工，没有使用科学的技术手段与之结合，所以也就没有显著的社会和经济收益。但是，目前有试验显示：使用高比例的废旧耐火材料能够制作高品质的造渣机、引流砂、溅渣护炉料、出钢口填料、修补料、浇注料、捣打料以及耐火砖等价值较高的产品，并且其性能可以接近甚至高于原产品的标准。所以，在目前这个耐火原材料的价格不停上涨，制成品的价格又因客户的成本需求而持续降低的背景下，利用技术手段，进一步加强废旧耐火材料的再利用有着非常积极的意义。

（一）国外钢铁废弃耐火材料的处理

1.日本钢铁废弃耐火材料的处理

国外特别是许多发达国家，极其重视废旧耐火材料的再利用问题。滑板的再利用处理工艺是日本的鹿岛钢铁厂研发出来的，其采用了圆环镶嵌法和浇注料浇注复原法，使得修复后滑板的使用寿命和新滑板的一样。把废旧砖用作原料的知多钢厂研发的是周边捣打钢包底料，不定形产品和钢包浇注料。新日铁公司把废弃的MgO-C耐火材料成功加入到MgO-C砖之中，添加了20%的回收铝尖晶石骨料在铝尖晶石浇注料之中。为有效提升废旧耐火材料的整体循环利用的比率，吴制铁所研发了将滑动水口耐火材料添加到Al2O3-SiC砖中的方法，同时所体现出的成效也非常显著。总而言之，针对废旧耐火材料回收利用方面的技术，总的来说日本取得的成效较为显著，特别是针对增值型的产品。

2.美国钢铁废弃耐火材料的处理

以前美国钢厂的废旧耐火材料每年平均会产生100万吨左右，但他们仅是将少部分进行回收，其余的废旧耐火材料都掩埋掉了。直至1998 年美国的钢铁生产者、工业技术部、能源部等共同联合制定了对废旧耐火材料回收再利用以及延长使用寿命的新计划。通过研究机构、生产企业、政府的支持和用户间的合作，强化了对回收再利用废旧耐火材料的进一步研制。广泛应用的范围包括制造原材质耐火产品、耐火混凝土骨料、炉渣改质剂、脱硫剂等回收耐火材料。

3.意大利钢铁废弃耐火材料的处理

意大利也研发了一种对钢包内衬、铸锭模、中间包、各种炉子等钢铁废弃耐火材料回收再利用的方法，把全部能够回收的耐火材料直接喷吹入炉用以对炉壁起到保护的作用[1]。

（二）国内钢铁废弃耐火材料的处理

近些年国内也在大力推动环保政策，而且伴随着耐火材料其原材料市场价格的逐步增加，使得人们越来越重视废旧耐火材料的再利用的问题。国内针对废气耐火材料的回收再利用仍然处在起步阶段，但是发展最好的公司为上海宝钢，其一年平均会产生废气耐火材料约为5.5万吨，并将其根据不同的材质进行分类堆放，最后加工成为相应粒度的粉料或颗粒料进行再利用，同时所呈现的效果也非常好。与此同时，上海宝钢还研发了再生镁碳砖，其借助的是添加50%的废旧镁碳砖料所制成的，用以代替石墨与电熔镁砂的再生复合镁碳颗粒原料。最后将其加工成为可再生镁碳砖产品，其质量指标远远高于同类产品的国家行业标准。

除此之外，同样在废弃耐火材料的回收利用工作中有较好发展的企业是江苏淮钢。其是把废旧的滑板当作中间包抗冲击板，包钢的填充料利用废旧的镁碳砖。与此同时，其还和耐火材料生产厂实施有效合作，加强了对废弃耐火材料可再生利用的前期研发工作，如，永久层浇注料与铝镁碳等，研发出的可再生LMT砖是利用80% 的废砖研发的。还研发了耐火混凝土，其是借助废弃的黏土砖加入硫酸铝溶液做胶结剂配制而成的，使用包盖浇注料并且效果也很显著。

鞍钢是在废铝镁尖晶石浇注料中把颗粒分离出来当做浇注料原料，同时加入了20%的配加量，投入使用了一年后，整年的平均包龄共超过了97.3炉，相比前一年没有加废浇注料颗粒的包衬还平均高于3炉，这也可以充分表明废弃的浇注料颗粒是可以进行再利用的[2]。

二、钢铁企业废弃耐火材料的再利用有效措施

（一）钢铁用废弃耐火材料再利用的分类

首钢第二、第三炼钢厂的废旧耐火材料的主要来源是中间包、钢包、转炉和铁水包，不同种类的耐火材料使用的是同一台设备的不同部位或者采用不同的设备进行，其中包含很多种类，如废旧的滑板、铝镁浇注料、铝镁尖晶石碳砖、镁铝碳砖、镁碳砖、高铝砖、黏土砖等。这部分废旧耐火材料通过严格分类、分拣后进行特殊工艺的处理后都能够作为具有较高利用价值的耐火原材料。将这部分废旧耐火材料通过精加工出来后形成再生材料，结合国内外同类技术进行分析，其能够生产出较为优质的定形产品和不定形耐火材料。其余的边角料部分还能够当作造渣剂和溅渣护炉料等冶金辅料，这不但能够达到能源和矿物资源有效节约的目的，同时还能够降低环境污染，有效节约了耐火材料的整体成本。可是即便这部分废旧的耐火材料再利用后能够有较高的利用价值，可是就首钢快速达到产业化和废旧耐火材料的产量化的角度出发来讲，其中滑动水口使用的铝碳滑板、钢包和转炉内衬使用的铝镁碳砖和镁碳砖的废旧耐火材料的利用价值相对较高，这部分铝镁碳砖和镁碳砖颗粒是生产再生铝镁碳砖和镁碳砖等定形耐火材料中非常优质的原料。滑动水口利用的铝碳滑板的整体回收利用率能够高达90%以上。另外，下水口、鱼雷罐砖、铁沟料、铝碳滑板等再生原料都可以利用废旧铝碳滑板颗粒进行生产[3]。

（二）废弃耐火材料集中回收工艺流程和优势

1.废弃耐火材料集中回收工艺流程

首钢结合废弃耐火材料的特性与来源研发了一种可以集中回收再利用的废弃耐火材料的工艺。通过集中回收、分类再分割废弃耐火材料分成原生层和变质层两个不同部分。针对原生层而言，其是把铝碳、镁铝碳、镁铝碳等通过分选后将其分开，通过分级破碎再把不同粒级的颗粒当做耐火材料配料。部分如塞棒、滑板、水口等高档次耐火材料，通过修补能够持续再利用，还能够利用降级使用的方式实施回收再利用。而变质层是因亚铁侵蚀导致的，把含有一定磁性铁的变质层表面粉碎后磁选分离出含铁的物质，经过分离后把不含铁颗粒的入炼钢造渣剂当做配料使用，而含铁颗粒可将其当做烧结配料使用。

2.废弃耐火材料集中回收工艺的优势

其一，遵循循环经济的原则，借助废弃耐火材料集中回收工艺处理是将钢铁企业在实际生产期间所形成的废弃耐火材料实现全部回收再利用，能够达到废弃物的零排放目的。其二，工艺处理的灵活性较高。结合钢铁企业的耐火材料寿命、产品结构、钢铁产量等，能够随意选择适合的设备配置，并能够自由调整工艺处理能力。其三，经济效益相对较高。废弃耐火材料集中回收工艺是把废弃的耐火材料进行相应的加工处理，所产生的产品多是高附加值产品，在现今能源和资源紧缺的市场环境背景下，其经济效益相对较高。其四，市场供销较为稳定。因为集中回收工艺利用的是钢铁企业的废弃资源，而且钢铁企业每年在生产经营期间形成的废弃耐火材料的数量基本比较稳定，可以说是一部分较为稳固的资源来源，再利用的生产产品最后也会再用于钢铁企业，其用户较为稳定，所以相应的市场供销也具备一定的保障作用[4]。

三、钢铁企业废弃耐火材料的再利用的效益和风险

（一）再利用的经济效益

如果把废弃耐火材料以最初回收利用时产生的经济效益为最低标准进行计算，那么伴随着逐步的回收利用，也会降低材料的浪费问题，进而使得经济效益得以明显提升。如果一个钢铁厂重新建造一个碳烤炉，那么大约应该花费960万美元，但是如果使用废弃耐火材料进行再利用后当做原料的替代品，那么就能够至少节约380万美元。含碳制品被广泛应用于钢铁企业，不但需求量非常大，而且价格也极其昂贵，但是如果将耐火材料进行回收再利用的话，就能够把采购原材料的成本费用有效节省下来，不算其中包含工艺处理花费的费用，还能够得到非常可观的收益，总的来说其经济价值也是相对较大的。

（二）回收利用的风险

将废弃耐火材料进行再利用，所产生的经济效益和性能会比原来的产品更好。与此同时，还需要清楚的认识到其中可能会承担的较大风险。其一，受传统观念的影响，使得人们的固有思维认为废弃耐火材料回收再利用的产品质量没有原来的产品质量好，这就会使回收利用的材料无形中面临的风险更大一些。其二，重新再利用的材料较为脆弱，这使得在对其实施回收利用以后的产品性能造成一定的不利影响。其三，废弃的耐火材料的再利用还处于试验时期，需要使用者和生产者共同承担责任风险。其四，废弃耐火材料再利用的费用较高，如若不减少成本，打通市场具备一定的难度。在此过程中，即便废弃耐火材料的再利用具备一定的风险，可是再利用能够达到节约资源的目的。如果将这部分废弃的耐火材料再利用起来，也能够有效达到保护生态环境和土地资源的效果

[5]。

结束语：

钢铁企业在实际生产过程中都会产生许多废弃耐火材料，为了有效实现资源的可循环再利用，借助科学合理的工艺来实施科学合理的回收利用，在达到耐火材料生产工艺标准的提前下，能够有效减少能源与资源的耗能，节约钢铁行业的实际生产成本，提升钢铁产业的实际社会效益和经济效益。在符合国家循环经济产业的政策标准的前提下，不但能够完成国家节能减排的绿色环保目标，而且还能够实现国内钢铁产业的可持续健康发展。

参考文献：

[1]张晶,鹿园园,张项民. 耐火材料产业专利技术演化趋势分析[J]. 耐火材料,2020,54(6):477-483.

[2]程水明,赵惠忠,王宇. 高品质钢冶炼出铁场耐火材料结合剂的研究进展[J]. 钢铁研究学报,2022,34(1):3-11.

[3]鄢长喜. 炼钢用耐火材料技术的发展方向探索[J]. 冶金管理,2021(9):18-19.

[4]高永鹏,孙文强. 耐火材料循环利用的意义与发展[J]. 冶金与材料,2020,40(1):165+167.

[5]张敏娜. 简谈我国耐火材料质量检测技术的发展方向[J]. 大众标准化,2020(11):16-17.