鱼雷式铁水罐用耐火材料技术解析：从工况挑战到ASC砖的应用与失效机理

在现代钢铁企业的生产流程中，鱼雷式铁水罐（或称鱼雷式混铁车）因其独特的外形与卓越的功能，扮演着不可或缺的角色。它不仅是运送和存储高温铁水的容器，更是进行铁水预处理的关键反应器。高效利用鱼雷罐能显著降低铁水温降与粘铁损失，从而优化炼钢成本，提升整体经济效益。

鱼雷罐主体结构由钢制外壳和内部砌筑的耐火材料内衬构成。这层内衬是保障鱼雷罐安全、稳定、长寿运行的核心，它所面对的工作环境极为严苛，对耐火材料的性能提出了极高的要求。

鱼雷罐内衬：一项多维度的耐侵蚀挑战

鱼雷罐内衬所承受的考验是复合型的，其工作环境的复杂性，尤其是在引入铁水“三脱”（脱硫、脱硅、脱磷）预处理工艺后，变得尤为突出。

我们可以将内衬面临的挑战归结为以下几个方面：

• 物理冲击与磨损：在装料与出铁过程中，超过1400°C的铁水直接冲刷内衬，特别是装入侧，承受着强烈的机械磨损。在进行喷吹预处理时，强烈的气流搅动铁水和熔渣，对整个内衬形成持续的冲刷。
• 极端热冲击：空罐时内衬温度约为700-800°C，而注入的高炉铁水温度高达1350-1450°C，巨大的温差使耐火材料承受剧烈的热震作用，极易导致开裂与剥落。
• 剧烈化学侵蚀：铁水和炉渣本身就会与内衬发生化学反应。一旦引入铁水预处理，情况则更为恶化。以苏打（纯碱）为基的预处理剂会生成强碱性熔渣，直接熔损炉衬，尤其是渣线部位，成为整个内衬寿命的薄弱环节。同时，在“三脱”过程中，熔渣碱度能在0.5到3.0以上的大范围内波动，对耐火材料的抗侵蚀性能构成了严峻考验。

面对如此苛刻的服役条件，理想的鱼雷罐内衬材料必须兼具高耐压强度、优异的抗热震稳定性、良好的抗剥落性、致密的结构，以及对酸碱熔渣均有很强抵抗能力的“全能”特性。

从结构上看，鱼雷罐内衬由内到外通常为工作层、永久层和保温层。为了实现长寿和经济的目标，通常采用综合砌筑的策略，即在罐口、罐顶、渣线、冲击区等不同部位，选用性能最匹配的耐火材料。

图1 宝钢320t鱼雷式铁水罐的耐火材料内衬结构

从黏土砖到ASC砖：内衬材料的技术演进之路

鱼雷罐内衬材料的发展史，是与钢铁冶金工艺进步紧密相连的。

在铁水预处理技术普及之前，普通的黏土砖凭借其成本优势尚能胜任。但随着“炉外精炼”理念的深入，铁水预处理成为主流，黏土砖的性能迅速捉襟见肘。为应对挑战，材料工程师们开发了一系列高性能耐火材料，如高铝砖、莫来石砖、镁炭砖等。

经过大量的工业实践，**Al₂O₃-SiC-C砖（简称ASC砖）**脱颖而出，成为目前应用最广、效果最佳的选择。一个典型的例子是，某钢厂在未进行铁水预处理时，工作衬使用致密黏土砖，渣线使用莫来石砖，内衬寿命约为700炉次；而在实施预处理后，全面改用Al₂O₃-SiC-C砖砌筑，寿命大幅提升至1700炉次。

为了规范和指导其在严苛环境下的应用，我国也制定了相应的国家标准，下表展示了铁水预处理用Al₂O₃-SiC-C砖的核心理化指标。

表1 铁水预处理用Al₂O₃-SiC-C砖的理化指标 (YBT 164—2009)

注：高温抗折强度数值仅作参考，不作为考核指标。

要确保ASC砖产品能稳定达到这些标准，背后需要一整套严谨的生产工艺和质量控制体系。因此，准确评估其显气孔率、体积密度、耐压强度等关键性能指标，对供需双方都至关重要。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测耐火材料理化性能，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

Al₂O₃-SiC-C不烧砖：性能背后的材料设计与工艺控制

Al₂O₃-SiC-C砖的卓越性能，源于其三种主要成分的协同作用。这是一种以树脂为结合剂的不烧砖：

• 氧化铝 (Al₂O₃)：作为骨料，它提供了优异的抗侵蚀性，特别是对氧化铁型和苏打型炉渣。但其热膨胀率较高，抗热震性是其短板。
• 碳 ©：以石墨等形式存在，能有效阻止熔渣渗透，并改善材料的抗热震性。其弱点是高温下易被氧化。
• 碳化硅 (SiC)：它的加入巧妙地弥补了其他组元的不足。SiC能有效抑制碳的氧化，同时大幅提高材料的耐磨性和耐冲刷性。

这种“三位一体”的设计思想，也决定了其独特的生产工艺要点，每个环节都是质量控制的关键：

1. 原料预处理：由于不烧砖没有高温烧成工序，其体积稳定性完全依赖于原料。因此，必须选用充分煅烧、性能稳定的原料，以防在使用中因二次烧结产生大的体积收缩。
2. 致密化成型：不烧砖的致密结构是在成型工序中“一次性”完成的。这要求必须有精确计算的颗粒级配和足够高的成型压力。
3. 结合剂选择：树脂结合剂不仅要提供足够的冷态强度，还要保证材料不易受潮。更重要的是，它在高温碳化后形成的残碳，能够进一步增强抗侵蚀能力，且不能损害材料的整体高温性能。
4. 添加剂应用：为解决不烧砖重烧收缩较大、荷重软化温度偏低等固有问题，常需要引入特定的添加剂进行优化。
5. 干燥制度：干燥过程不仅是去除水分，更是让结合剂固化的关键步骤。必须严格控制温湿度曲线，否则会造成砖坯内部应力、强度不足等一系列质量问题。

损毁机理剖析：ASC砖失效的连锁反应

理解ASC砖在鱼雷罐内的损毁过程，是持续改进其性能、延长使用寿命的前提。其失效是一个由表及里、层层递进的循环过程：脱碳 → 熔渣渗透 → 结构破坏 → 熔损剥落。

具体来看，当含有苏打的预处理剂加入铁水后，会分解出强氧化性的Na₂O。它会迅速与ASC砖工作面的碳发生反应，造成表层脱碳。同时，砖中的SiC也被氧化为SiO₂。

一旦表层失去碳的保护，变得疏松多孔，高温熔渣便乘虚而入。侵入的熔渣与砖的基质（如Al₂O₃）反应，生成低熔点的物相，从而破坏了原有的材料结合网络。最终，失去了有效结合的Al₂O₃骨料颗粒从基体上脱落，导致耐火材料的损毁。这个过程不断循环，使内衬逐渐变薄，直至失效。

因此，提高ASC砖性能的核心方向就是提升其抗氧化能力。具体措施主要围绕两个方面：一是通过优化工艺，提高砖的致密度、降低显气孔率，从物理上阻碍氧化介质的侵入；二是在配方中添加各类高效抗氧化剂，从化学上抑制氧化反应的发生。这一攻防战，至今仍是耐火材料领域研究的热点。