電爐耐火材料在二戰(zhàn)后的半個(gè)世紀(jì)當(dāng)中，量和質(zhì)方面都有很大的變化，其變化過(guò)程可以分為前期（至1975年左右）和后期（1975年以后）。1975年并不是想當(dāng)然的劃分年代，以石油危機(jī)為契機(jī)，是可以明顯看到電爐耐火材料與以往所不同的工藝技術(shù)時(shí)期，也可以這樣說(shuō)，UHP操作、爐體水冷結(jié)構(gòu)和二次精煉的功能細(xì)化等在操作、設(shè)備上的變化，在1975年前后開(kāi)始以節(jié)能為中心。

     電爐與平爐同樣，電爐的耐火材料也可以分為爐頂、側(cè)壁以及爐底。1960年前后電爐耐火材料的使用狀況，由〇.Porkert對(duì)世界8個(gè)國(guó)家的33家工廠的堿性大型電爐所進(jìn)行的調(diào)查（表7-19）說(shuō)明了這方面的情況，當(dāng)時(shí)日本標(biāo)準(zhǔn)的使用形式是：

爐頂，硅質(zhì)耐火磚；

側(cè)壁，鉻鎂耐火磚（不燒）；

爐床，鎂砂打結(jié)料。

     圖7-41，這方面與美國(guó)是一樣的，歐洲與日本、美國(guó)相比氧氣使用量少。從冶金學(xué)上習(xí)慣使用白云石（含有CaO）的傳統(tǒng)想法出發(fā)，在側(cè)壁、爐底一般使用白云石質(zhì)的耐火磚、打結(jié)料。日本在二次大戰(zhàn)結(jié)束后，與平爐狀況一樣，由于資源不足問(wèn)題而開(kāi)始了生白云石爐底的研究，也展開(kāi)應(yīng)用了一部分歐洲式的白云石爐底方式氧氣煉鋼方式的引進(jìn)也因此很少。

     根據(jù)資料，1960 年前后日本的電爐耐火材料的使用壽命為：

爐頂（硅質(zhì)磚）：50~200次，噸鋼2~6kg

側(cè)壁（不燒鉻鎂磚）：50~150次，噸鋼2~7kg

爐底（白云石）：200~500次或是2000~4000次噸鋼5~15kg

修補(bǔ)用料（白云石）：噸鋼10~40kg

     爐底的壽命在至爐底大修為止的使用次數(shù)、爐底修補(bǔ)的操作方法上有很大的變化，另外，和修補(bǔ)料的使用量也有關(guān)系。

從20世紀(jì)60年代后半期開(kāi)始日本電爐耐火材料的變化引人注目，其背景有操作以及下面爐體設(shè)備的變化的原因：

（1）氧氣煉鋼的擴(kuò)大；

（2）HP（high power），UHP（ultra-high power）操作的出現(xiàn)；

（3）連續(xù)鑄造的普及、鋼種的多樣化、二次精煉的擴(kuò)大；

（4）助燃燒嘴的設(shè)備普及；

（5）爐內(nèi)集塵設(shè)備的采用；

上述一系列的變化都使耐火材料的負(fù)荷增加。

     首先，爐頂耐火材料從石英耐火磚到高氧化鋁耐火磚進(jìn)而到不燒鉻鎂耐火磚，又向直接結(jié)合的鉻鎂耐火磚變化，圖7-42可以說(shuō)明這方面的情況。電爐爐頂?shù)膲A性化在耐火材料的耐侵蝕性方面如上所述，隨著其堿性化的變化帶來(lái)不少問(wèn)題。其重要的有以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）爐頂重量的增加；

（2）鐵皮、鎂質(zhì)磚產(chǎn)生感應(yīng)電流；

（3）溫度變動(dòng)、圍氣體（氧氣分壓）的反復(fù)變化使耐火磚脆化；

（4）爐頂砌筑、支撐結(jié)構(gòu)方式還未成熟。

     對(duì)于這些問(wèn)題的解決，20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的直接結(jié)合型鉻鎂磚扮演了重要角色。電爐爐頂?shù)膲A性化，美國(guó)已經(jīng)在二戰(zhàn)結(jié)束后嘗試了不燒鉻鎂磚和鎂橄欖石磚的方式，但沒(méi)有成功，約25年之后成為真正的堿性爐頂時(shí)代。進(jìn)一步的，在爐頂?shù)碾姌O周圍（小爐頂）開(kāi)發(fā)使用了不定形耐火材料（高氧化鋁質(zhì)等）。

     側(cè)壁不燒鉻鎂磚使用了標(biāo)準(zhǔn)的材質(zhì)，最大的問(wèn)題是局部過(guò)熱用的耐火材料，對(duì)其耐火材料的極大負(fù)荷在當(dāng)時(shí)鋼鐵用的耐火材料當(dāng)中可以說(shuō)是最高的。由于電極電弧高溫高熱的影響，可能存在耐火材料自身的熔流或是揮發(fā)現(xiàn)象，過(guò)熱部位耐火材料的損耗以W.E.Schwabe的想法所引人的耐火材料損耗指數(shù)（refractory wear index）表示，

RE=PA·EA/L2

     式中，RE為耐火材料損耗指數(shù)；PA為電弧功率；EA為電弧電壓（弧長(zhǎng)）；L 為電極和爐壁的距離。

     從這個(gè)公式中也可以清楚地看到，對(duì)HP.UHP操作的局部過(guò)熱，對(duì)耐火材料有嚴(yán)重的影響。另外，從電極和爐壁距離的影響大小，也可以很好地理解后章節(jié)所論述的1根電極（從爐壁離開(kāi)電弧部位的方式）的意義。

     對(duì)于局部過(guò)熱用的耐火材料，如當(dāng)時(shí)期待的“起到煉鋼用耐火材料的試驗(yàn)廠的作用”那樣，使用了最高性能的耐火材料，試用了磷酸鹽結(jié)合氧化鎂質(zhì)，電解鉻鎂質(zhì)等當(dāng)時(shí)最高級(jí)的耐火磚，緊接著研制1種優(yōu)質(zhì)耐火材料為鎂炭磚，此時(shí)為1970年。表7-20所示為當(dāng)時(shí)局部過(guò)熱部位用耐火磚的質(zhì)量指標(biāo)。

     電爐爐壁，不僅受到電極電弧的高溫輻射，也由于爐內(nèi)渣子等的飛濺物質(zhì)的影響而受到侵蝕，來(lái)自硅質(zhì)爐頂?shù)母?nbsp;SiO2熔流物質(zhì)沖刷側(cè)壁，從而侵蝕側(cè)壁的堿性耐火材料，特別是白云石類耐火材料已被多數(shù)的經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，廣泛采用白云石側(cè)壁的歐洲稱此為SiO2沖洗“Silica wash“。從這種意義上講，爐頂?shù)膲A性化對(duì)側(cè)壁有正面的影響。

     當(dāng)時(shí)有一種說(shuō)法：“優(yōu)質(zhì)的電爐煉鋼即為優(yōu)質(zhì)的底部結(jié)構(gòu)（bottom making）”，這象征著爐底在精煉面的重要性。爐底用不定形（打結(jié)）耐火材料（爐底后部?jī)?nèi)襯耐火磚），但其中一部分也使用了耐火磚砌筑的爐底，特別是在歐洲被廣泛采用。另外，在有關(guān)爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想中，有加厚后部?jī)?nèi)襯促進(jìn)絕熱效果的方式（美國(guó)式）和減薄后部?jī)?nèi)襯加速冷卻效果的方式（歐洲式，cool bottom），有關(guān)70t電爐爐底的比較調(diào)查，其內(nèi)襯結(jié)構(gòu)是：

美國(guó)式：打結(jié)料（203）/MgO磚（381）/黏土磚（203）

歐洲式：打結(jié)料（340）/MgO磚（150+226）/黏土磚（40）

     不定形耐火材料爐底的施工方法，主要是通過(guò)搗固打結(jié)方式進(jìn)行，由于施工作業(yè)人員的技能不同，存在著不能實(shí)現(xiàn)施工密度均一性的問(wèn)題，需要長(zhǎng)的施工時(shí)間和比較長(zhǎng)的干燥時(shí)間。更進(jìn)一步的是，由于操作過(guò)程中的殘鋼和局部剝落的原因，層狀龜裂容易發(fā)生。作為這一系列問(wèn)題的對(duì)策，嘗試了振動(dòng)澆注施工（vibration casting）和干式打結(jié)的施工方法。

     干式打結(jié)類似于歐洲以白云石為對(duì)象并廣泛采用的Crespi方法，因此，以氧化鎂為對(duì)象進(jìn)行了嘗試，它具有特別容易干燥的特點(diǎn)。對(duì)于這種方式，一般認(rèn)為存在施工密度稍微不足的問(wèn)題，干式打結(jié)方式也存在層狀龜裂的問(wèn)題。到1970年開(kāi)發(fā)了干式振動(dòng)法，這種方式可以說(shuō)彌補(bǔ)了兩者的短處。在1950年，日本制鋼公司廣島煉鋼廠等嘗試了用石灰石砌筑爐底的方法，取得了在鑄鋼熔解中很好的效果。

     爐底耐火材料中，除美國(guó)和日本主要使用的氧化鎂質(zhì)以外，歐洲多使用白云石質(zhì)耐火材料，蘇聯(lián)、美國(guó)的一部分公司當(dāng)時(shí)在爐底也使用鉻鎂質(zhì)的材料。另外，歐美等在高鉻鋼（不銹鋼等）的熔解專用爐中使用了氧化鉻耐火磚的鉻礦作為修補(bǔ)料，這種方式對(duì)于來(lái)自爐底的[Cr]的抬起（pick-up）和自成內(nèi)襯（self-lining）形成可能性的擔(dān)心，在當(dāng)時(shí)來(lái)講是起到一定作用的。

     1950年，氧化鎂爐底使用85%~90%級(jí)的MgO，1960年使用88%~95%級(jí)的 MgO，在20世紀(jì)70年代有的工廠使用了 96%~98%級(jí)的MgO。這種原料從50年代后半期開(kāi)始，海水鎂砂代替天然鎂砂料成為了爐底使用的主要原料。

     爐底耐火材料的損耗機(jī)理從其變質(zhì)調(diào)查上看，被認(rèn)為類似于平爐爐底的情況，但是，與平爐相比而言的電爐爐內(nèi)條件（例如，還原期精煉），耐火材料和熔融鋼水間的反應(yīng)顯著。比如，3Al-18Mn在氧化鎂爐底熔煉的情況下，爐底中的MgO由于鋼中的[A1]被還原，熔蝕時(shí)鋼中[Mg]從0.0025%上升至精煉末期的0.01%，鋼中[Al]起源的Al2O3判斷為來(lái)自尖晶石（MgO·Al2O3）和剛玉（a- Al2O3）。氧化鋁爐底熔煉鋼材的非金屬夾雜物中尖晶石較多，這方面是眾所周知的事。

     關(guān)于電爐的砌爐，除如上所述的爐底以外，英國(guó)Peech &Tozer 工廠用 24 個(gè)大型耐火磚（單重2~3t，焦油白云石磚）砌筑110t爐的爐壁，創(chuàng)造了8~24h大修的記錄，但是，這方面的技術(shù)沒(méi)有特別的進(jìn)展。

     修補(bǔ)技術(shù)顯示出和平爐并在發(fā)展的趨勢(shì)，爐底的修補(bǔ)，爐頂、爐壁的熱噴補(bǔ)方面兩者具有共同點(diǎn)。70年代初期的電爐內(nèi)襯壽命提高的措施：多為采用高性能耐火磚（比如電鑄耐火磚）和熱修補(bǔ)，加上水冷槽的設(shè)置的復(fù)合對(duì)策，從中可以看到耐火材料技術(shù)的擴(kuò)大作為1970年之后引人注目的重要技術(shù)水冷槽，即為爐體冷卻技術(shù)。

     電爐的冷卻技術(shù)成為耐火材料技術(shù)史上第一個(gè)重要的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)類似于高爐的水冷，而歷史性展開(kāi)并成為電爐新時(shí)代的1970年后半期技術(shù)動(dòng)向的重要項(xiàng)目之一。

     如果您有耐火材料相關(guān)需求或疑問(wèn)，歡迎致電鄭州建信耐火材料成套有限公司，建信耐材，專注于耐火材料的研發(fā)、生產(chǎn)和工程施工，年產(chǎn)各類耐火材料20余萬(wàn)噸，歡迎您隨時(shí)來(lái)廠實(shí)地考察洽談業(yè)務(wù)。