高爐的發(fā)展趨勢(shì)仍然是不斷地大型化，從寶鋼的4063m3高爐開始，到2000年的時(shí)候，我國(guó)4000m3以上的大型高爐僅有4座。而到目前為止，建成或在建的4000m3以上高爐己經(jīng)達(dá)到16座，特別是首鋼曹妃甸聳立起來2座5500m3高爐，沙鋼集團(tuán)座5800m3高爐，標(biāo)志著我國(guó)大型高爐又踏上一個(gè)新的臺(tái)階。
高爐的大型化發(fā)展同樣催生著高爐鐵溝用耐火材料的不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)在通鐵量不斷增加，使用壽命不斷延長(zhǎng)，噸鐵耐材單耗不斷降低。以寶鋼鐵溝為例，一次性通鐵量(溝幫250mm)由原來的4?6萬噸，發(fā)展到10?12萬噸甚至更多。一代溝齡由40?60萬噸，發(fā)展到100?120萬噸，噸鐵耐材單耗由0.45kg/t降低到0.35kg/t。即使如此，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有一定差距。日本噸鐵耐材單耗穩(wěn)定在0.35kg/t以下，而西歐國(guó)家則是0.30kg/t左右。
目前，高爐鐵溝用耐火材料的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：
1、不同部位的鐵溝材料優(yōu)化配置
由于高爐出鐵溝的復(fù)雜多樣性，其不同部位的作用不同，被侵蝕損毀的機(jī)理不同，使用壽命也各不相同，所以，如何對(duì)鐵溝澆注料進(jìn)行優(yōu)化配置，使其達(dá)到長(zhǎng)壽命、低消耗，目前受到各耐火材料企業(yè)的高度重視，比如主溝澆注料就有至少2種以上的基本配置。
由于此種溝襯后半段的熔損速度與前半段的熔損速度相比，要慢1/2左右，也就是說，前半段修補(bǔ)2次，后半段僅需要修補(bǔ)1次，所以其修補(bǔ)周期確定為：
全線(全溝)修補(bǔ)→只修前半段→全線(全溝)修補(bǔ)→只修前半段
將主溝分成前后兩部分，前半段用高檔鐵溝澆注料，后半段則用低價(jià)位澆注料。這種布置主要是考慮鐵溝的施工方法不同，修補(bǔ)器具不同，也考慮到耐火材料的成本降低與之總體施工方便等問題，其修補(bǔ)周期確定為：
全線修補(bǔ)→全線修補(bǔ)
2、加入不同添加劑改善材料性能
如前所述，由于出鐵溝的不同部位，其侵蝕機(jī)理、損毀程度都不一樣，因此加入不同添加劑對(duì)澆注料的性能改善有著極強(qiáng)的針對(duì)性。
A、加入碳化硼或含硼的化合物
對(duì)渣線部位而言，減少鐵溝澆注料燒結(jié)層強(qiáng)度與中溫強(qiáng)度(燒結(jié)層與未燒結(jié)層之間的強(qiáng)度)之差，是延長(zhǎng)渣線澆注料使用壽命的主要辦法之一，而適當(dāng)增加中溫強(qiáng)度是最佳選擇。實(shí)驗(yàn)證明，添加碳化硼或含硼的化合物能夠增加鐵溝澆注料的中溫強(qiáng)度(見圖1)。當(dāng)試樣加入不同量的碳化硼后，1000℃的中溫強(qiáng)度由45MPa提升到67MPa，增加率為49%。但加入量為2b的試樣，其1450℃的高溫強(qiáng)度增加很高，不符合我們減少中高溫強(qiáng)度差值的愿望。而加入量為1b的試樣，其高溫強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)樣相比儀增加5MPa，中高溫強(qiáng)度差降低45.2%。所以，適量加入碳化硼或含硼化合物是提高渣線澆注料使用質(zhì)量有效措施之一。
加入碳化硼后的試樣經(jīng)電鏡分析：加熱至1000℃時(shí)，可見到針狀的9Al2O32B2O3晶體;加熱至1450℃時(shí)，9Al2O32B2O3晶體明顯增大且呈柱狀體日本的鐵溝自流料中將硼化鋯(ZrB2)作為燒結(jié)助劑加入。硼化鋯中的B能夠降低品間界面能、促進(jìn)燒結(jié)，硼化鋯熔點(diǎn)高且不會(huì)生成阻礙施工體組織致密化的液相，和氮化硅、碳化硅、碳等難燒結(jié)的物料反應(yīng)，生成致密的復(fù)合氧化物覆蓋施工體表面形成保護(hù)層。
在鐵溝自流料中硼化鋯以微粉狀態(tài)添加，加入量在0.5?5%范圍內(nèi)。加入量不足0.5%時(shí)則不能發(fā)揮期望的效果。如加入量超過5%時(shí)，由于該硼化鋯的分解，生成的B和原料的SiO2與渣的堿雜質(zhì)在組織內(nèi)生成低熔點(diǎn)液相，使耐蝕性反而變低。
B、加入氮化硅促進(jìn)鐵溝澆注料的原位反應(yīng)
在Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料屮加入部分氮化硅粉，在使用的過程中使其固溶到氧化鋁中形成SiAlON，提高澆注料強(qiáng)度。SiAlON是Si3N4中Si和N原子分別被Al和O部分芄換后形成的固溶體，它不僅具有Si3N4的強(qiáng)度、耐熱性和硬度，而且比Si3N4具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性、韌性和抗氧化性)。
這種形成SiAlON的形式，稱其為原位反應(yīng)。
某耐火材料公司使用該技術(shù)，鐵溝壽命可延長(zhǎng)20%左右。
C、加入碳化硅微粉
加入SiC微粉(SiC>95%，d50=2.8μm)，替代Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料中部分SiC細(xì)粉，對(duì)澆注料試樣的常溫性能影響較小，但可以提高1100℃的中溫強(qiáng)度，顯著改善澆注料的抗熱震性。
圖2為1450℃燒后試樣1100℃水冷1次的殘佘強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度保持率。由圖可知，SiC微粉加入量為3%時(shí)具有大的強(qiáng)度保持率和殘余強(qiáng)度，分別為48.95%，6.89MPa，加入量為5%時(shí)與不加時(shí)強(qiáng)度保持率相當(dāng)，加入量為8%時(shí)則略有降低。
圖2SiC微粉對(duì)澆注料抗熱震性的影響
顯然，SiC微粉具有更小的粒度、更大的比表面積，在基質(zhì)內(nèi)分布較SiC細(xì)粉均勻。所以，將其加入替代部分SiC細(xì)粉，一方面改善了澆注料的粒度組成，另一方面提高了1100℃的中溫強(qiáng)度、降低了氣孔率，特別是熱震后的殘余強(qiáng)度保持率有所提高。
3、溶膠結(jié)合改善鐵溝澆注料性能
20世紀(jì)90年代初，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室M.A.Janncty等人提出凝膠注膜成形技術(shù)，該技術(shù)首次將傳統(tǒng)陶瓷工藝和聚合物化學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，開創(chuàng)了陶瓷成形工藝中利用高分子單體聚合進(jìn)行成形的技術(shù)，耐火材料的溶膠結(jié)合試用隨之跟進(jìn)。
試驗(yàn)證明，硅溶膠作結(jié)合劑可以提高復(fù)相陶瓷的抗熱震性、高溫強(qiáng)度和抗蠕變性。也可以作結(jié)合劑，能夠改善材料的性能和顯微結(jié)構(gòu)。鋁硅溶膠在加熱的過程中可以結(jié)晶生成莫來石，因此，采用鋁硅凝膠作為結(jié)合劑，不但會(huì)對(duì)胚體起到結(jié)合作用，還可能在燒結(jié)過程中較早地產(chǎn)生莫來石，從而對(duì)制品的顯微結(jié)構(gòu)與性能產(chǎn)生一定的影響。
4、鐵溝澆注料噴射施工
鐵溝澆注料的施工方法在不斷變化。
特別值得提到的就是鐵溝澆注料的噴射施工。
隨著鐵溝噴補(bǔ)的需求量增加，現(xiàn)場(chǎng)條件的多種因素影響，原來使用在高爐爐腔內(nèi)的濕式噴補(bǔ)技術(shù)很快移植到鐵溝的修補(bǔ)(熱態(tài)噴補(bǔ))，該技術(shù)進(jìn)一步推而廣之，就是直接噴射施工。
噴射施工就是把Al2O3-SiC-C澆注料通過高壓管道直接輸送到鐵溝模具中，快捷方便，省時(shí)省工，是一個(gè)值得推廣的好方法。
