高炉各部位用哪些耐火材料

高炉各部位用到哪些耐火材料　这可能是刚从事耐火材料的朋友们都比较关注的一个问题，搞清楚了高炉各部位用到的耐火材料，我们下一部才能更好的给客户推荐合适的耐火材料，为客户提供完善的解决方案
（1）炉缸用耐火材料

炉缸的主要作用之一是安全地容纳铁水，炉缸耐火材料在温度大于1500℃时，需要保持足够的稳定。因而炉缸炉底部位要选用抗铁水渗透、熔蚀性好、抗碱金属侵蚀、导热性好的炭砖，可用热压小块碳砖取代大块碳砖，或在碳砖上面砌筑陶瓷环，陶瓷杯材料主要技术性能碱表1。另外，半石墨产品已经用于炉缸、炉墙。半石墨砖具有较强的应力吸收特性和较高的导热性，可以大大减少耐火材料炉衬的径向温度梯度。

表1  陶瓷杯耐火材料主要物理性能

材质	体积密度/(g/cm3)	显气孔率/%	抗压强度/MPa	抗压强度/MPa	荷重软化温度/℃	重烧线变化率/%	热导率/ [W/(m·K)]	化学成分/%
								w(Al2O3)	w(Fe2O3)
莫来石质	≥2.50	≤20	≥60		≥1600	+0.1		≥70	≤1.0
刚玉莫来石质	≥3.35	≤18	≥55	≥20	≥1650	≤1.0	≥2.25	≥88	≤0.3

国外新建及新近大修的大型高炉炉底、炉缸结构形式主要有以下几种：在炉底炭块上砌陶瓷垫材料，炉缸采用热压小块碳砖；典型的陶瓷杯结构，炉底碳砖上砌莫来石砖，炉缸侧壁砌筑刚玉质大型预制块或塞隆结合刚玉砖，炉缸砌筑高质量碳砖或微孔碳砖；炉底、炉缸耐火材料主要采用大块碳砖，石墨碳化硅砖和大块碳砖的主要技术性能见表2.关键部位采用微孔或超微孔碳砖，炉底碳砖上砌1~2层陶瓷砖。

表2  普通大块碳砖和石墨碳化硅主要技术性能

材质	体积密度/(g/cm3)	显气孔率/%	抗压强度/MPa	抗压强度/MPa	热导率/ [W/(m·K)]	化学成分/%
						w(SiC)	w(F.C)	Ad	Vd
普通碳砖	≥1.5	≤20.0	≥35	≥8			≥90	≤8.0	≤1.0
石墨SiC砖	≥1.9	≤19.0	≥35	≥7	≥20.0	≥20.0	≥50

（2）风口区和炉腹用耐火材料

风口区和炉腹是高炉内温度高的区域。风口前产生的高温煤气以很高的速度上升，其温度在1600℃以上。1450~1550℃的高温铁水和炉渣经炉腹流向炉缸，各种冶金反应在这个区域剧烈进行，这个区域要求耐火材料耐高温、耐炉渣的侵蚀、抗碱性好、抗二氧化碳和水的氧化。用于这个部位的耐火材料有：刚玉砖、铝碳砖、热压半石墨碳砖、SiC砖、Si₃N₄结合SiC砖、Sialon结合SiC砖、Sialon结合刚玉砖。现在SiC系列砖表现出了较长的使用寿命。

炉腰的炉身下部是高炉软熔带根部所在位置，这里温度高，但形不成渣皮或形不成稳定的渣皮“自我保护”。耐火材料经受剧烈的温度波动、初成渣的侵蚀、碱金属、锌的侵蚀、高温煤气流的冲刷、下降炉料的磨损、二氧化碳、水的氧化、一氧化碳的侵蚀等，要求耐火材料热震稳定性好、耐高温、抗碱性好、抗胡渣侵蚀能力强、抗氧化、耐磨、导热性号。曾用于该部位耐火材料有高铝砖、刚玉砖、铝碳砖、SiC砖、Si₃N₄结合SiC砖、Sialon结合SiS砖、热压石墨碳砖、半石墨碳-碳化硅砖、Sialon结合刚玉砖等。迄今为止，还没有找到一种可以够满足这个部位工作条件的耐火材料。目前这个部位所以能持续工作十年以上，主要是靠控制边沿气流和强化冷却。相对来说，铝碳砖、SiC砖、Si₃N₄结合SiC砖、Sialon结合SiS砖、Sialon结合刚玉砖等有较好的使用效果。如果能保证足够强的冷却系统配置，采用石墨砖也是应用趋势。炉腹、炉腰和炉身下部用耐火材料的主要技术性能见表3.

表3  炉腹、炉腰和炉身下部用耐火材料的主要技术性能

炉身中部的温度较炉身下部低，一般选择高铝砖、刚玉砖和碳化硅。炉身上部温度较低，耐火材料主要受到炉料的磨损和冲击，上升煤气流的冲刷以及碱金属、锌和碳沉积的侵蚀。这个部位要求耐火材料耐磨、抗碱性能好以及拥有较好的热震稳定性。选用的耐火材料有粘土砖、高铝砖、硅线石砖、刚玉砖，国外也有用SiC砖和浇注料的。现在一些大高炉炉身上部有采用冷却壁来代替耐火砖的趋势。

日本新日铁在高炉上的实验表明：SiC砖用于炉身下部，其蚀损速度慢。炉身中、下部铝碳砖的热导率、抗碱性、透气性及抗压强度仅次于SiC砖，优于其他耐火材料，而抗氧化性、抗热震性及抗铁水熔蚀性比SiC砖好。炉身上部及炉喉部，破损调查证明：高铝砖和粘土砖抗碱性很差，而且抗渣性、导热性、热震稳定性均很差，不适合高炉。

目前，宝钢运行的4座高炉中，1号和2号高炉均为大修后的第二代。每座高炉的建设或大修改造设计都曾对使用寿命提出过不同的要求：1~3号高炉设计时分别提出了8、10、12年的一代炉龄寿命目标；到1号高炉大修时则提出12~15年；在4年高炉建设和2号高炉大修时又提高到18~20年。一代炉龄的单位炉容产量目标从目前的1.3×10⁴t/m³提高到1.6×10⁴t/m³以上，达到世界先进水平。为实现高炉一代炉龄寿命目标，宝钢采用了内衬耐火材料的不同设计配置，且适应于高炉的冷却方式。每座高炉的耐火材料和冷却方式配制见表4.

表4  宝钢高炉的冷却方式及耐火材料配置

项目		1号高炉 （第1代）	2号高炉 （第1代）	3号高炉	1号高炉 （第2代）	4号高炉	1号高炉 （第2代）
炉容/m3		4063	4063	4350	4063	4747	4706
投产时间		1985.9	1991.6	1994.9	1997.5	2005.4	2006.12
冷 却 方 式	炉底	不锈钢 管纯水	不锈钢管纯水	不锈钢管纯水	不锈钢管纯水	不锈钢管纯水	不锈钢管纯水
	炉缸	炉壳洒水	炉壳洒水	铸铁冷却壁	炉壳洒水	铸铁冷却壁	铸铁+铜冷却壁
	炉腹至炉身中部	铜冷却壁	铜冷却壁	铸铁冷却壁	铜冷却壁	铜冷却板+小块铸铁冷却壁	密集式铜冷却板
	炉身上部	无	铸铁冷却壁	铸铁冷却壁	铸铁冷却壁	铸铁冷却壁	铸铁冷却壁
耐 火 材 料	炉底	大块碳砖	大块碳砖	大块碳砖	大块碳砖	大块碳砖	大块碳砖
	炉缸	大块碳砖	大块碳砖	热压小块碳砖	大块碳砖+陶瓷杯	热压小块碳砖	热压小块碳砖
	出铁口	硅线石砖	A-S-C砖	热压小块碳砖	超微孔碳砖	热压小块碳砖	热压小块碳砖
	风口	硅线石砖	子结合SiC砖	热压小块碳砖	刚玉预制块	硅线石砖	硅线石砖
	炉腹、炉腰	刚玉砖	刚玉砖	镶b-Al2O3结合SiC砖	Sialon结合刚玉砖	石墨砖	石墨砖
	炉身下部~中部	刚玉砖	刚玉砖	镶堇青石结合硅线石砖	Sialon结合SiC砖	石墨砖+ Sialon结合SiC砖	石墨砖+ Sialon结合SiC砖
	炉身上部	致密粘 土砖	致密粘土砖	无	硅线石砖	Si3N4结合SiC砖	Si3N4结合SiC砖
	炉喉钢砖下部	硅线石砖	水冷板	水冷板	水冷板	水冷壁	水冷壁

目前，世界各国选用沟衬耐火材料、沟的结构方式、施工方法都各有不同，但现在普遍的高铝出铁沟的工作层主要采用氧化铝、碳化硅、碳素组成的材料。根据高炉的规格和出铁口数量其主沟料又各有不同。

在大中型高炉主沟上，主要为水泥结合浇注料，以纯铝酸钙水泥作为结合剂。根据高炉规格和使用部位的不同所选择的材质也不同，由于高炉容积越大，压力大，铁水的出铁冲击力也大，对沟衬的冲刷和磨损也增加，骨料的材质档次也要求越高，一般选择为致密刚玉、亚白刚玉、棕刚玉中的一种或复合使用。在此基础上，适当配入碳化硅、碳质材料、高铝水泥、超微粉、外加剂等制成低水泥浇注料。重视用后耐火材料再利用研究工作，利用废弃物的铁沟料再生ASC质材料，这不仅节约国家的矿物资源和能源，也减少了环境污染，大大降低了耐火材料的成本，这也是未来几年铁沟浇注料和炉前应用的发展方向和趋势。

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