高爐各部位用耐火材料

1、高爐各部位使用的耐火材料（ 1）爐缸爐缸的主要作用之一是安全地容納鐵水，爐缸耐火材料在溫度大于1500時，必須保持足夠的穩(wěn)定。因而爐缸爐底部位要選用抗鐵水滲透、熔蝕性好、抗堿金屬侵蝕、導(dǎo)熱性好的炭磚，可用熱壓小塊碳磚取代大塊碳磚，或在碳磚上面砌筑瓷環(huán)，瓷杯材料主要技術(shù)性能堿表 1。另外，半石墨產(chǎn)品已經(jīng)用于爐缸、爐墻。半石墨磚具有較強(qiáng)的應(yīng)力吸收特性和較高的導(dǎo)熱性，可以大大減少耐火材料爐襯的徑向溫度梯度。表 1瓷杯耐火材料主要物理性能材質(zhì)體積密度顯氣孔抗壓強(qiáng)抗壓強(qiáng)荷重軟化 重?zé)€變 熱導(dǎo)率 /化學(xué)成分 /%/(g/cm 3)率 /%度 /MPa度 /MPa溫度 /化率 /%W/(m ·K

2、)w(Al 2O3 )w(Fe 2O3)莫來石質(zhì)2.5020601600+0.1701.0剛玉莫來石質(zhì)3.3518552016501.02.25880.3國外新建及新近大修的大型高爐爐底、爐缸結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：在爐底炭塊上砌瓷墊材料，爐缸采用熱壓小塊碳磚；典型的瓷杯結(jié)構(gòu)，爐底碳磚上砌莫來石磚，爐缸側(cè)壁砌筑剛玉質(zhì)大型預(yù)制塊或塞隆結(jié)合剛玉磚，爐缸砌筑優(yōu)質(zhì)碳磚或微孔碳磚；爐底、爐缸耐火材料主要采用大塊碳磚， 石墨碳化硅磚和大塊碳磚的主要技術(shù)性能見表 2.關(guān)鍵部位采用微孔或超微孔碳磚， 爐底碳磚上砌 12 層瓷磚。表 2普通大塊碳磚和石墨碳化硅主要技術(shù)性能材質(zhì)體積密度顯氣孔抗壓強(qiáng)抗壓強(qiáng)熱導(dǎo)率/化

3、學(xué)成分 /%/(g/cm 3)率 /%度 /MPa 度 /MPa W/(m ·K)w(SiC)w(F.C)A dVd普通碳磚1.520.0358908.01.0石墨 SiC 磚 1.919.035720.020.0（ 2）風(fēng)口區(qū)和爐腹風(fēng)口區(qū)和爐腹是高爐溫度最高的區(qū)域。風(fēng)口前產(chǎn)生的高溫煤氣以很高的速度上升，其溫度在501600 以上。14501550的高溫鐵水和爐渣經(jīng)爐腹流向爐缸，各種冶金反應(yīng)在這個區(qū)域劇烈進(jìn)行，這個區(qū)域要求耐火材料耐高溫、耐爐渣的侵蝕、抗堿性好、抗二氧化碳和水的氧化。用于這個部位的耐火材料有：剛玉磚、鋁碳磚、熱壓半石墨碳磚、SiC 磚、 Si3 N4 結(jié)合 SiC 磚

4、、 Sialon 結(jié)合 SiC 磚、Sialon 結(jié)合剛玉磚。現(xiàn)在SiC 系列磚表現(xiàn)出了較長的使用壽命。（ 3）爐腰和爐身下部爐腰的爐身下部是高爐軟熔帶根部所在位置，這里溫度高，但形不成渣皮或形不成穩(wěn)定的渣皮“自我保護(hù)” 。耐火材料經(jīng)受劇烈的溫度波動、初成渣的侵蝕、堿金屬、鋅的侵蝕、高溫煤氣流的沖刷、下降爐料的磨損、二氧化碳、水的氧化、一氧化碳的侵蝕等，要求耐火材料熱震穩(wěn)定性好、耐高溫、抗堿性好、抗胡渣侵蝕能力強(qiáng)、抗氧化、耐磨、導(dǎo)熱性號。曾用于該部位耐火材料有高鋁磚、剛玉磚、鋁碳磚、 SiC 磚、 Si3N4 結(jié)合 SiC 磚、 Sialon 結(jié)合 SiS 磚、熱壓石墨碳磚、半石墨碳-碳化硅磚

5、、 Sialon 結(jié)合剛玉磚等。迄今為止，還沒有找到一種完全能夠滿足這個部位工作條件的耐火材料。目前這個部位所以能持續(xù)工作十年以上，主要是靠控制邊沿氣流和強(qiáng)化冷卻。相對來說，鋁碳磚、SiC 磚、 Si 3N4 結(jié)合 SiC 磚、 Sialon 結(jié)合 SiS 磚、 Sialon 結(jié)合剛玉磚等有較好的使用效果。如果能保證足夠強(qiáng)的冷卻系統(tǒng)配置，采用石墨磚也是應(yīng)用趨勢。爐腹、爐腰和爐身下部用耐火材料的主要技術(shù)性能見表3.表 3爐腹、爐腰和爐身下部用耐火材料的主要技術(shù)性能材質(zhì)體積密度顯氣孔率抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度熱導(dǎo)率 /化學(xué)成分 /%/(g/cm 3)/%/MPa/MPaW/(m ·K)w(Al

6、2O3)w(SiC) w(F.C)剛玉磚3.215552085Si3N4 結(jié)合 SiC 磚 2.6 16 170 40 70Sialon 結(jié)合 SiC 磚 2.65 16 170 16 70Sialon 結(jié)合剛玉磚 3.15 120 80石墨磚1.75153017100灰分 0.2595（ 4）爐身中部和上部爐身中部的溫度較爐身下部低，一般選擇高鋁磚、剛玉磚和碳化硅。爐身上部溫度較低，耐火材料主要受到爐料的磨損和沖擊，上升煤氣流的沖刷以及堿金屬、鋅和碳沉積的侵蝕。這個部位要求耐火材料耐磨、抗堿性能好以及擁有較好的熱震穩(wěn)定性。選用的耐火材料有粘土磚、高鋁磚、硅線石磚、剛玉磚，國外也有用SiC 磚

7、和澆注料的?，F(xiàn)在一些大高爐爐身上部有采用冷卻壁來代替耐火磚的趨勢。日本新日鐵在高爐上的實驗表明：SiC 磚用于爐身下部，其蝕損速度最慢。爐身中、下部鋁碳磚的熱導(dǎo)率、抗堿性、透氣性及抗壓強(qiáng)度僅次于SiC 磚，優(yōu)于其他耐火材料，而抗氧化性、抗熱震性及抗鐵水熔蝕性比SiC 磚好。爐身上部及爐喉部，破損調(diào)查證明：高鋁磚和粘土磚抗堿性很差，而且抗渣性、導(dǎo)熱性、熱震穩(wěn)定性均很差，不適合高爐。目前，寶鋼運(yùn)行的4 座高爐中， 1 號和 2 號高爐均為大修后的第二代。每座高爐的建設(shè)或大修改造設(shè)計都曾對使用壽命提出過不同的要求： 13 號高爐設(shè)計時分別提出了8、10、12 年的一代爐齡壽命目標(biāo)；到1 號高爐大修時

8、則提出1215 年；在 4 年高爐建設(shè)和號高爐大修時又提高到1820 年。一代爐齡的單位爐容產(chǎn)量目標(biāo)從目前的1.3×104t/m 3 提高到 1.6× 104t/m 3 以上，達(dá)到世界先進(jìn)水平。2為實現(xiàn)高爐一代爐齡壽命目標(biāo)，寶鋼采用了襯耐火材料的不同設(shè)計配置，且適應(yīng)于高爐的冷卻方式。每座高爐的耐火材料和冷卻方式配制見表 4.表 4寶鋼高爐的冷卻方式及耐火材料配置項目1 號高爐2 號高爐3 號高爐1 號高爐4 號高爐1 號高爐（第 1代）（第 1代）（第 2代）（第 2代）爐容 /m3406340634350406347474706投產(chǎn)時間1985.91991.61994.9

9、1997.52005.42006.12冷爐底不銹鋼不銹鋼管不銹鋼管不銹鋼管不銹鋼管不銹鋼管卻管純水純水純水純水純水純水方爐缸爐殼灑水爐殼灑水鑄鐵冷卻爐殼灑水鑄鐵冷卻鑄鐵+銅冷式壁壁卻壁爐腹至爐身中銅冷卻壁銅冷卻壁鑄鐵冷卻銅冷卻壁銅冷卻板 +密集式銅部壁小塊鑄鐵冷卻板冷卻壁爐身上部無鑄鐵冷卻鑄鐵冷卻鑄鐵冷卻鑄鐵冷卻鑄鐵冷卻壁壁壁壁壁耐爐底大塊碳磚大塊碳磚大塊碳磚大塊碳磚大塊碳磚大塊碳磚火爐缸大塊碳磚大塊碳磚熱壓小塊大塊碳磚 +熱壓小塊熱壓小塊材碳磚瓷杯碳磚碳磚料出鐵口硅線石磚A-S-C 磚熱壓小塊超微孔碳熱壓小塊熱壓小塊碳磚磚碳磚碳磚風(fēng)口硅線石磚子結(jié)合 SiC 熱 壓 小 塊剛玉預(yù)制硅線石磚硅線

10、石磚磚碳磚塊爐腹、爐腰剛玉磚剛玉磚鑲 b-Al 2O3Sialon結(jié)合 石墨磚石墨磚結(jié)合 SiC 磚 剛玉磚爐身下部 中部 剛玉磚剛玉磚鑲 堇 青 石 Sialon結(jié)合石墨磚+石墨磚+結(jié) 合 硅 線 SiC 磚Sialon結(jié)合 Sialon結(jié)合石磚SiC 磚SiC 磚爐身上部致密粘致密粘土無硅線石磚 Si3N 4結(jié) 合 Si3N 4結(jié) 合土磚磚SiC 磚SiC 磚爐喉鋼磚下部硅線石磚水冷板水冷板水冷板水冷壁水冷壁目前，世界各國選用溝襯耐火材料、溝的結(jié)構(gòu)方式、施工方法都各有不同，但現(xiàn)在最普遍的高鋁出鐵溝的工作層主要采用氧化鋁、碳化硅、碳素組成的材料。根據(jù)高爐的規(guī)格和出鐵口數(shù)量其主溝料又各有不同。

11、在大中型高爐主溝上， 主要為水泥結(jié)合澆注料， 以純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑。根據(jù)高爐規(guī)格和使用部位的不同所選擇的材質(zhì)也不同，由于高爐容積越大，壓力大，鐵水的出鐵沖擊力也大，對溝襯的沖刷和磨損也增加，骨料的材質(zhì)檔次也要求越高，一般選擇為致密剛玉、亞白剛玉、棕剛玉中的一種或復(fù)合使用。在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)配入碳化硅、碳質(zhì)材料、高鋁水泥、超微粉、外加劑等制成低水泥澆注料。重視用后耐火材料再利用研究工作，利用廢棄物的鐵溝料再生 ASC 質(zhì)材料，這不僅節(jié)約國家的礦物資源和能源，也減少了環(huán)境污染，大大降低了耐火材料的成本，這也是未來幾年鐵溝澆注料和爐前應(yīng)用的發(fā)展方向和趨勢?？傮w來說，高爐冶煉時各部位的工作環(huán)境都很惡

12、劣，但也有些細(xì)微區(qū)別。爐喉：它主要是起保護(hù)爐襯作用。爐喉正常工作時，溫度為 400500 度，受爐料的撞擊和摩擦較為激烈，極易磨損。因此，爐喉部位一般多用高鋁磚砌筑，爐喉鋼磚一般采用鑄鋼件，即使這樣，爐喉受侵蝕仍不可避免，特別是爐喉鋼磚下沿受物料沖擊磨損更為突出。爐身：高爐本體重要組成部分，起著爐料的加熱、還原和造渣作用，自始至終承受著煤氣流的沖刷與物料沖擊。但爐身上部和中部溫度較低（400 800 度），無爐渣形成和渣蝕危害。這部位主要承受爐料沖擊、爐塵上升的磨損或熱沖擊（最高達(dá)50 度 /分），或者受到堿、鋅等的侵入，碳的沉積而遭受損壞。爐身下部溫度較高，有大量爐渣形成，有熾熱爐料下降時的

13、摩擦作用；煤氣上升時粉塵的沖刷作用和堿金屬蒸氣的侵蝕作用。因此這個部們極易受侵蝕，嚴(yán)重者冷卻器全部補(bǔ)侵蝕光，只靠鋼甲來維持。例如某鋼廠5 號高爐， 1996 年 4 月破損調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，7 段 2鋼甲裂紋像網(wǎng)一樣縱橫交錯，幾乎連成一片，裂紋、龜裂嚴(yán)重，此段冷卻壁基本全部被侵蝕、蝕光，只靠鋼甲用來維持（爐役后期）的。這種現(xiàn)象在全國基他高爐上也可能有類似的現(xiàn)象。也就是說，高爐壽命長短與爐身部位的壽命長短有很大關(guān)系。因此，（特別是爐身下部）要選用有良好抗渣性、抗堿性及高溫強(qiáng)度和耐磨性較高的優(yōu)質(zhì)粘土磚、高鋁磚和剛玉磚。爐腰：它起著上升煤氣煤氣流的緩沖作用。爐料在這里已部分還原造渣，透氣性較差， 同時渣蝕

14、嚴(yán)重。 另外，爐腰部位的溫度高 （ 14001600 度），高溫輻射侵蝕嚴(yán)重，堿的侵蝕也比較嚴(yán)重，含塵的熾熱爐氣上升，對爐襯產(chǎn)生較強(qiáng)的沖刷作用；焦炭等物料產(chǎn)生摩擦；熱風(fēng)通過時引起溫度急劇變化作用。所以，爐腰極易受損的區(qū)域。直接影響了高爐壽命。其侵蝕原因見表9 292 高爐磚襯侵蝕原因部位侵蝕原因爐身上部（ 1）爐料磨損（ 2）煤氣流沖刷（ 3）堿金屬、鋅、沉積碳的侵蝕爐身中、下部及爐腰部位（ 1）堿金屬、鋅、沉積碳的侵蝕（ 2）初成渣的侵蝕（ 3）熱震引起的剝落（ 4）高溫煤氣流的沖刷爐腹部位（ 1）渣鐵水的沖刷（ 2）高溫煤氣流的沖刷爐缸風(fēng)口帶（ 1）渣鐵水的侵蝕（ 2）堿金屬的侵蝕（ 3）

15、煤氣流的沖刷鐵口以上的爐缸碳磚（ 1）堿金屬的侵蝕（ 2）熱應(yīng)力破壞（ 3）二氧化碳和水的氧化（ 4）渣、鐵水的溶蝕及流動沖刷鐵口以下的爐缸及爐底碳磚（ 1）鐵水的溶蝕（ 2）鐵水流動沖刷（ 3）鐵水滲透侵蝕（ 4）爐缸圓周碳磚仍有堿金屬侵蝕爐腹：爐腹連接著爐缸和爐腰。一般作上大下小設(shè)計也正適應(yīng)氣體體積增加和爐料變成渣鐵后體積縮小的需要。訪部位溫度更高。其下部爐料溫度均在100 1650 度，氣流溫度也高，并形成大量的中間渣（指處于滴落過程中成分、溫度在不斷變化的爐渣，國外稱爐腹渣）開始滴落。因此，該部位所受的熱輻射、熔渣侵蝕都很嚴(yán)重。另外，堿金屬的侵入，碳的沉積而引起的化學(xué)作用、由上而下的熔

16、體和由下而上的熾熱氣流的沖刷作用也加劇。所以，該部位也一直是高爐易受損區(qū)域。爐缸、爐底：爐缸主要起著燃燒焦炭和儲存渣鐵的作用。由風(fēng)口鼓入的熱風(fēng)首先與焦炭燃燒，產(chǎn)生煤氣（即煤所的初始分布）供給高爐冶煉還原用。風(fēng)口區(qū)是高爐溫度最高的區(qū)域，一般在1700 2000 攝氏度以上。煉鐵生產(chǎn)的終了產(chǎn)物渣鐵也聚集在爐缸，周期地由渣口和鐵口排出。爐缸的襯磚（特別是碳磚）主要受渣鐵水的沖刷與侵蝕。爐底主要是保護(hù)爐缸。避免渣鐵泄漏。但爐底磚襯主要受鐵水的沖刷侵蝕，乃至損毀。鐵水侵入可引起耐火磚上浮，化學(xué)侵蝕可引起耐火磚脆化層的擴(kuò)展，從而使高爐爐底耐火材料發(fā)生嚴(yán)重的破壞。由于爐缸、爐底耐火磚襯受侵蝕后不易修補(bǔ)，因此其損壞程度往往決定著高爐的一代壽命。該部位要求耐火材料具有耐渣鐵水的侵蝕、滲透，耐堿性和導(dǎo)熱性更好。出鐵口：隨著高爐日趨大型化，導(dǎo)致每日出鐵次數(shù)增多，周而復(fù)始，出鐵口的工作條件是