高炉各部位耐火材料的选择

高炉各部位耐火材料的选择

(1)炉缸

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 i5oor时，必须保持足够的稳定。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/cm ) 显气孔率 /% < 20 < 18 抗压强度 /MPa 抗压强度 荷重软化温度 重烧线变化率 /MPa / r > 1600 热导率/ [W/(m ? K)] 化学成分/% w(AI 2Q) > 70 > 88 w(Fe2Q) w w 3/% 莫来石质 刚玉莫来石质 > 60 [ > 55 > 20 + > 1650 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，炉缸砌筑优质碳砖或微孔碳砖；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/cm ) 3显气孔率/% w w 抗压强度 /MPa > 35 > 35 抗压强度 /MPa 热导率/ [W/(m ? K)] 化学成分/% w(SiC) > W > 90 > 50 1 1 1 Ad w Vd w 普通碳砖 石墨SiC砖 >8 >7 > (2)风口区和炉腹

风口区和炉腹是高炉内温度最高的区域。 风口前产生的高温煤气以很高的速度上升， 其温度在1600r以上。1450~1550C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、SisM结合SiC砖、Sial on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。

(3)炉腰和炉身下部

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、SisN!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，还没有找到一种完全能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、Si3N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

材质 体积密度 /(g/cm ) 3显气孔率/% < 15 抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 热导率/ [W/(m ? K)] w(AI 2Q) > 85 化学成分/% w(SiC) w 刚玉砖 SisM结合SiC砖 Sialon结合SiC砖 > 55 > 170 > 20 > 40 < 16 < 16 > 70 > 70 > 170 > 120 >17 1 1 > 16 > 80 >100 Sialon结合刚玉砖 石墨砖 > 15 > 30 灰分W > 95 (4)炉身中部和上部

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，其蚀损速度最慢。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 旦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X 104t/m3提高到X 104t/m3以上，达到世界先进水平。为实现

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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 炉容/m 1号高炉 （第 1 代） 2号高炉 （第 1 代） 3号高炉 4350 1号高炉 （第 2 代） 4063 4号高炉 4747 1号高炉 （第 2 代） 4706 34063 4063 投产时间 炉底 冷 却 方 式 炉缸 炉腹至炉身中部 炉身上部 炉底 炉缸 出铁口 风口 耐 火 材 料 炉身下部-中部 炉身上部 炉喉钢砖下部 刚玉砖 致密粘 土砖 硅线石砖 水冷板 水冷板 水冷板 1 水冷壁 水冷壁 刚玉砖 致密粘土砖 炉腹、炉腰 不锈钢 管纯水 炉壳洒水 铜冷却壁 无 大块碳砖 大块碳砖 硅线石砖 硅线石砖 刚玉砖 不锈钢管纯水 炉壳洒水 铜冷却壁 铸铁冷却壁 大块碳砖 大块碳砖 A-S-C 砖 子结合SiC砖 刚玉砖 不锈钢管纯水 铸铁冷却壁 铸铁冷却壁 铸铁冷却壁 大块碳砖 热压小块碳砖 热压小块碳砖 热压小块碳砖 镶 b-Al 2O3 结合 SiC 砖 镶堇青石结合硅线 石砖 无 硅线石砖 不锈钢管纯水 炉壳洒水 铜冷却壁 铸铁冷却壁 大块碳砖 大块碳砖+陶瓷杯 超微孔碳砖 刚玉预制块 Sialon结合刚玉砖 Sialon结合SiC砖 不锈钢管纯水 铸铁冷却壁 铜冷却板+小块铸 铁冷却壁 铸铁冷却壁 大块碳砖 热压小块碳砖 热压小块碳砖 硅线石砖 石墨砖 不锈钢管纯水 铸铁+铜冷却壁 密集式铜冷却板 铸铁冷却壁 大块碳砖 热压小块碳砖 热压小块碳砖 硅线石砖 石墨砖 石墨砖+ Sialo n 结 石墨砖+ Sialo n结 合SiC砖 Si3N结合SiC砖 合SiC砖 Si 3N4结合SiC砖 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，但现在最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