摘要： 本文聚焦于以安徽省当地原料制备的钢包砖在高炉环境中的热稳定性。通过深入分析原料特性、钢包砖的制备工艺，并结合高炉内复杂的热工况，详细探究了该钢包砖在高温、温差波动、热震以及炉内气氛等多种因素作用下的结构与性能变化，旨在为优化钢包砖材质、提升其使用寿命，进而降低高炉炼铁成本提供理论依据与实践指导。

一、引言

高炉炼铁作为钢铁生产的核心环节，对耐火材料的依赖度极高。钢包砖作为关键耐火材料之一，不仅承载着高温铁水与熔渣的冲刷侵蚀，还面临着频繁的温度急剧变化以及复杂炉内气氛的腐蚀。安徽省富含多种优质耐火原料，基于本土原料开发高性能钢包砖，对于降低生产成本、提高区域钢铁产业竞争力意义重大。深入研究这些钢包砖在高炉极端工况下的热稳定性，是保障高炉顺行、延长钢包使用寿命的关键所在。

二、安徽省原料概况与钢包砖制备

安徽省境内分布着丰富的铝矾土、高岭土、焦宝石等耐火原料矿产资源。铝矾土具有高铝含量、较好的烧结活性特点，为钢包砖提供坚实的铝硅质基础；高岭土纯度较高、粒度细腻，有助于提升坯体成型性能；焦宝石则凭借低气孔率、高耐热震性优势，能优化钢包砖内部结构。

在钢包砖制备流程中，首先将原料按精准配比破碎、研磨至细粉，确保颗粒均匀分布，促进烧结反应充分进行。接着加入适量结合剂，经高压成型塑造出钢包砖生坯，再送入高温隧道窑中烧制。烧制过程严格控制温度曲线，先低温排除水分与结合剂挥发份，后升温至高温阶段促使原料充分烧结，形成致密且具有一定显微结构的钢包砖制品，使其具备初始的耐高温与抗侵蚀能力。

三、高炉环境对钢包砖热稳定性的影响因素

（一）高温作用

高炉内温度常年维持在 1450℃ - 1650℃区间，钢包砖长期处于此高温环境，内部矿物相会发生显著变化。以铝矾土为主要原料的钢包砖，高温下莫来石相逐渐增多，若烧制不充分或配方不合理，残余石英玻璃相在高温下易软化，导致砖体强度下降。例如，当温度超过 1600℃时，部分未稳定化的硅酸盐相开始流动，削弱砖体结构完整性，使钢包砖在铁水静压力下易产生变形与裂纹，严重影响其热稳定性。

（二）温差波动与热震影响

高炉内钢水间歇式出铁，钢包砖频繁经历急剧温差变化，热震稳定性成为关键考量指标。每次出铁过程中，钢包砖表面温度短时间内从常温飙升至近 1700℃，而后又迅速降温，这种热冲击极易在砖体内部产生巨大热应力。由于安徽省原料制备的钢包砖可能存在微观结构不均匀性，如气孔大小、分布以及矿物相聚集状态差异，热应力集中释放时，会在气孔、相界等薄弱处引发微裂纹萌生与扩展，随着热震次数增加，裂纹相互贯通，最终致使钢包砖剥落、碎裂，丧失正常使用功能。

（三）炉内气氛腐蚀

高炉内呈还原性气氛，CO、H₂等还原性气体渗透到钢包砖内部，与砖体中的金属氧化物发生化学反应。以含氧化铁杂质较多的钢包砖为例，在还原气氛下，氧化铁被还原为金属铁，体积膨胀，破坏砖体原有结构，形成新的裂纹与孔隙，加剧了钢水的渗透与侵蚀，进一步降低钢包砖的热稳定性。同时，炉渣中碱性氧化物也会与钢包砖中的酸性组分反应，侵蚀砖体表面，使砖体厚度逐渐减薄，在高温与机械冲刷耦合作用下加速损坏。

四、实验研究与结果分析

（一）实验方案设计

选取安徽省典型原料制备的多组钢包砖试样，置于模拟高炉环境的高温电炉中进行热稳定性测试。设定不同温度梯度（1400℃ - 1700℃）、保温时间以及升降温速率，模拟高炉内各种工况。部分试样预先在还原性气氛下处理一定时长，以探究炉内气氛腐蚀效应。实验过程中，定期取出试样，利用扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构变化，通过 X 射线衍射（XRD）分析矿物相组成演变，并检测试样的抗热震性能、耐压强度等宏观性能指标。

（二）结果分析

实验发现，在 1550℃以下，钢包砖内部矿物相相对稳定，莫来石化程度加深，有助于提升结构稳定性；但温度升至 1650℃以上时，过烧现象初现，液相量增多，气孔率上升，砖体致密度降低。经过多次热震循环后，试样表面出现明显网状裂纹，SEM 图像显示裂纹沿气孔与矿物相界延伸，XRD 分析表明部分矿物相因热应力发生晶格畸变。经还原气氛处理的试样，表面生成一层疏松的金属铁层，与炉渣接触后加速侵蚀，耐压强度较未经处理试样大幅下降超 30%，充分印证了炉内气氛对钢包砖热稳定性的恶劣影响。

五、提升钢包砖热稳定性的策略

（一）优化原料配方

基于安徽省原料特性，精细调整铝矾土、高岭土、焦宝石配比，引入少量添加剂如锆英砂，提高砖体高温强度与抗热震性能。通过正交实验确定配方组合，抑制低温相高温不稳定与过量液相生成，确保砖体在高炉全温域内保持结构紧实。

（二）改进制备工艺

采用先进成型技术如等静压成型，使坯体密度更均匀，减少内部缺陷；优化烧制制度，引入阶梯保温与缓慢冷却环节，促进矿物相均匀转化，缓解热应力积累。还可尝试对原料预处理，如预合成部分稳定相，增强砖体起始热稳定性。

（三）表面涂层防护

研发适用于高炉环境的耐火涂层，涂覆于钢包砖表面。涂层需具备良好耐高温、抗氧化、抗炉渣侵蚀性能，如采用陶瓷涂层或碳化物复合涂层，隔绝钢水、炉渣与砖体直接接触，降低侵蚀速率，同时缓冲热震冲击，延长钢包砖使用寿命。

六、结论

基于安徽省原料的钢包砖在高炉环境中热稳定性受高温、温差波动、炉内气氛多重因素影响。通过实验明晰了各因素致损机制，针对性提出优化原料配方、改进制备工艺、实施表面涂层防护等策略。未来，持续深挖本地原料潜力，结合前沿材料技术与智能生产工艺，有望实现钢包砖热稳定性大幅提升，为安徽省乃至全国钢铁工业高效、低成本发展筑牢耐火材料根基，助力高炉长寿化、绿色化运营。