耐火材料.doc

班级：冶金09-5

姓名：吴楠

学号：120093101082

高炉用耐火材料的发展

摘要  结合高炉炉身、炉缸、炉底、风口和出铁沟的工作条件，阐述了相应部位用耐火材料的发展进程。

关键词 高炉，耐火材料，进展 

耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。它包括天然矿石及按照一定的目的要求经过一定的工艺制成的各种制品。它具有一定的高温力学性能、良好的体积稳定性。

根据高炉炉衬的操作条件和蚀损的特征，要求耐火材料具有：

⑴良好的高温使用性能，在长期高温下热稳定性好。

⑵常温和高温下的强度要高，耐磨性能要好。

⑶致密度高，导热性好，显气孔率低，高温收缩小。

⑷能抵抗高温、高压下的铁水、熔渣、高炉煤气和炉尘的剧烈冲刷和侵蚀。

⑸耐火砖外形尺寸准确，能确保砖缝达到规定的要求。

目前，高炉用耐火材料的品种很多，炉身中上部一般采用性能优异的粘土砖或高铝砖，炉身下部、炉腰及炉腹则用碳质制品、碳化硅砖、莫来石砖、刚玉砖等特种耐火材料，特别是最近发展起来的碳化硅砖，在高炉上的应用获得了成功。同时，其它不定形耐火材料也得到了广泛应用。

 耐火材料在钢铁冶炼取得了很大的发展和技术进步。而耐火材料是耐火温度不低于1580℃的无机非金属材料。它包括天然矿石按照一定的目的要求经过一定的工艺制程的各种制品。它具有一定的高温力学性能，良好的体积稳定性。而高炉是炼铁主要设备，它具有蝉联大，生产效率高和成本低的优点，这也是其他炼铁方法所无法比拟的。随着世界各国钢铁业的进步，高炉朝着大型化，高效化和长寿化发展，逐步采用富氧喷煤，高风温操作，高压炉顶等新的冶炼技术。高炉的衬条工作条件也发生了重大的变化，使其寿命降低很多，一般只有5~6年。特别是高炉的腰身及下部，炉腹部位，使其寿命更短，为适应这一发展，高炉耐火材料也有了很大的变化，长寿命新型，高温耐火材料逐渐被应用，高炉的寿命也逐提高。

 1．炉衬用耐火材料

据高炉炉衬的操作条件的特征，要求耐火材具有：

（1）良好的高温使用性能，在长期高温下热稳定性好。

（2）常温和高温下的强度要高，耐磨性要好。

（3）致密度高，导热性好，显气孔率低，高温收缩小。

（4）能抵制高温，高温下的铁水，熔渣，高炉煤气和炉尘的剧烈冲刷和侵蚀

（5）耐火砖外形尺寸准确，能确保砖缝达到规定的要求。

目前，高炉耐火材料的品种很多，炉身一般采用性能优异的粘土砖或高铝砖，炉身下不，炉腰及炉腹则用碳制制品，碳化硅砖，刚玉等特种耐火材料。特别是最近发展起来的碳化硅砖，在高路上的应用获得了很大的成功。

2.炉喉和炉顶用耐火材料

   炉喉主要起保护衬，合理布料的作用。炉喉正常工作时，温度为400-500℃，这一区域主要保护受炉料直接冲击和摩擦作用，但没气流的冲刷相对较轻，因此，炉喉一般采用水冷或无水冷钢砖，水冷钢砖与炉壳之间的填充浇注料。而炉顶及煤气风罩，一般都采用金属锚固件加耐磨的耐火涂料。

3．炉身用耐火材料

   炉身是高炉的重要组成部分，起着炉料的加热，还原和糟渣作用。自始至终承受着煤气气流的冲刷与物料的冲击。而自身的上部温度和中部温度较低(400-800℃),无炉渣形成和渣蚀危害。这部位主要承受炉料冲击，炉尘上升的磨损或热冲击或者受到碱，锌等的侵入和碳的沉积而遭受破坏。所以该部位主要采用低气孔率的的优质粘土砖及高铝砖。特别是在耐火制品品种增加和质量提高的情况下，高炉炉衬寿命大为延长。

4．炉腰用耐火材料

   炉腰起着上升没气流的缓冲作用。炉料在这里已部分还原造渣，涂料的透气性变差，同时渣蚀严重。另外，炉腰部位的温度高（1400-1600℃）,高温辐射侵蚀严重，碱的侵蚀也比较严重；含尘的炽热炉气上升，对炉衬产生较强的冲刷作用；焦炭等物料产生摩擦；热风通过这是因其温度急剧变化作用。上述诸多因素的共同作用，是这个部位的耐火材料损坏严重。因此，炉腰部位一般选择抗渣侵蚀强，耐冲刷的耐火材料。

5．炉腹用耐火材料

   炉腹连接炉缸和炉腰。这一区域温度更高，其下部炉料温度大约在1600-1650℃，气流温度也很高，并形成大量的中间渣开始滴落。该部位所受的热辐射，熔渣侵蚀都很严重。另外，碱金属的侵入，谈的沉淀而引起的化学作用，由上而下的熔体和右下面上的炽热气流的冲刷作用也很加剧。所以，炉腹部位历来都是高炉寿命最短的关键环节。因此，该区域的材料应该有很高的抗腐蚀性，抗冲刷能力，同时还要兼有一定的抗热震能力。因此，现代大中型高炉在此部位都采用这类耐火材料比较普遍。烧成铝碳砖及烧成微孔铝碳砖也具有很好的抗压，抗折，抗侵蚀，抗冲刷能力。导热性好，而且容易挂渣，最重要的是抗热震能力强，价格也比较便宜。

6．炉缸，底耐火材料

  炉缸是承装铁水和熔渣的地方，并燃烧焦炭产生大量煤气，为高炉还原制造初始条件。炉缸部位特别是风口区是高炉内温度最高的区域，其温度在1700-2000℃，炉底文帝一般在1450-1500℃。炉缸内衬出生受高温作用外，还主要受到渣铁的化学侵蚀与冲刷，炉底主要以铁水的深入侵蚀为主。

   炉缸是高炉的重要部位。该部位内衬破损的主要原因：

（1）渣、铁水的侵蚀；

（2）碱金属的侵蚀；

（3）高温煤气流的冲刷；

（4）热应力的破坏；

（5）二氧化碳、氧气、水的氧化、侵蚀等。

  这一部位内衬破损是多种因素综合作用的结果，既有化学的、热力的，也有机械的作用。所以，炉缸用耐火材料的性能应满足如下要求：

（1）耐高温性，铁水温度1500℃左右，炉渣温度更高：

（2）耐侵蚀性，如高温炉渣的侵蚀，特别是渣中碱金属及氧化物时侵蚀性更强，其次是铁水的侵蚀，还有一氧化碳、二氧化碳、水的侵蚀；

（3）耐冲刷、耐磨性；

（4）抗渗透性；

（5）高导热性。

7．出铁口用耐火材料

小型高炉一般设置1个出铁口和2～3个出渣口中，大中型高炉则有2～4个出铁口和1～3个出渣口。当铁矿石的品位较高时，渣量相应减少，大型高炉可不另设出渣口。随着高炉日益大型化，出铁次数的频繁，导致出铁口负担过重，每个出铁口日出铁量有时高达3000t左右。出铁口受到铁水、炉渣、碱的侵蚀和磨损；从出铁开始到出铁结束时温度变化的冲击；同时受到开铁口和堵铁口时的机械振动磨损。因此，出铁口的工作条件极其苛刻。过去出铁口使用的耐火材料有粘土质耐火砖、高铝质耐火砖，目前除继续使用上述耐火砖外，主要研究和使用性能优异的Al2O3-SiC-C质材料或炭块。

堵塞出铁口用的泥料称为炮泥。炮泥应具有足够高的耐火度，并且要具备下列性能：

⑴可塑性和粘结性好，容易挤进填满空隙和裂纹。

⑵容易打开，保证铁水和熔渣能均匀流出。

⑶气孔率适宜，便于干燥时排出水分。

⑷高温体积收缩小，以免产生裂纹。

⑸烧结性能好，强度好，耐冲刷和耐侵蚀。

一般中小型高炉出铁口用的炮泥，主要是采用粘土熟料颗粒、焦粉和沥青混练而成的；而大中型高炉用的炮泥一般是用高铝质材料，并添加碳化硅和炭料等附加物质，以便稳定出铁口的深度。

8．高炉用耐火材料的发展

在过去的20年里，高炉炉缸的工作条件发生了很大变化，要求高炉炉缸用耐火材料内衬须承受更加恶劣的生产条件，与此同时，依靠提高内衬材料的使用寿命，达到提高高炉经济效益和效率的目标。传统上，炉缸主要使用碳质耐火材料，随着铁水温度的提高，高炉的产量也提高，将加速碳质耐火材料恶化的速度。

为了能应高炉新的冶炼条件，现在有两种不同的观点，一种观点主张依据热力学，另一种观点主张依据耐火材料学。

热力学观点是以下列理论为依据：受热面温度越低，耐火材料损毁越慢。它强调通过高热导率的半石墨质炭块将热量传递给冷却系统。从而实现热平衡。同时，利用良好的导热性在炉缸内侧壁部位降低了工作面温度，并形成渣皮状附着物，将800℃等温线推至炭砖以外，保护炉缸内壁，实现炉缸系统的安全、高效、长寿。

耐火材料学解决方法是根据众所周知的陶瓷底座，开发了新型的复合内衬，并在20世纪80年代初期砌筑使用。这种高炉因其外形为环状，故被称为“陶瓷杯”。它强调在采用高热导率的炭块将炉缸热量传递给冷却系统的同时，通过增加具有耐高温、抗渣碱侵蚀、耐冲刷和良好的热震稳定性的陶瓷材料制成的陶瓷杯，将炉缸内的炭质材料与铁水及其它混合物分隔，从而在相当一段时间内杜绝了铁水对炭质材料炉缸的侵蚀，实现炉缸系统的安全、高效、长寿。近年来，国内很多高炉炉底炉缸采用陶瓷材料复合结构。

陶瓷杯具有下列优点：

（1）提高铁温度。陶瓷杯有隔热效果，减少了从炉底和炉缸壁辐射的热量。因此，铁水能保持较高的温度从出铁口流出。隔热效果取决于高炉炉壁的厚度、炉径及产量等的不同，使用陶瓷杯铁水温度可提高10~20℃之间。温度更高的铁水有利于铁水往炼钢厂的运输。但是应该注意：由于含有同量的硅，焦炭的消耗量不会减少。节约能源是指减少热损失而不是改善高炉的冶炼过程。如果出铁的温度比常规低，那么应该是由于二氧化硅含量的降低。导致焦比下降，从而提高了效益。此外，因为降低了热损失，炉缸对降低温度运行极不敏感，这样从停产恢复到正常运行所需的时间较短，并且容易恢复。          

（2）降低了铁水的渗透。铁水的凝固温度是1150℃，而陶瓷内衬的内壁等温线是很接近1150℃。因为耐火材料的膨胀，耐火制品或预制块之间的链接缝会边小。因此，渗入孔隙出的铁水是有限的，仅对耐火材料表面层的性质有所影响。整个预制块仍保持完整的性能。

（3）“脆化层”的消除。因为800℃等温线现在在陶瓷杯内部，所以，以前认为在碳质内衬的脆化层现已消除了。这个消除不是理论上的假设，而是被实践所证明。

 （4）出铁沟磨损的消除。由于使用陶瓷杯，使炉底的深度加深了，这样以前在碳质内衬经常发生的出铁沟磨损，现在得到了很好的消除。

          9． 结束语

我国高炉炉衬用耐火材料近年来得到了迅速发展，不仅数量上满足了钢铁工业的需要，产品质量上也有了很大的进步。具有国际先进水平的优质炭砖、陶瓷杯用砖、SiC砖都相继开发出来，正在逐步满足长寿高炉建设的需要，取代进口的优质耐火材料产品。我国高炉耐火材料使用性能的检测方法正得到广泛应用，凡是经过这些性能检验合格的耐火材料，用于高炉后的使用效果一般都比较好。为防止进口高炉耐火材料产品以次充好，厂家应当用我国高炉耐火材料检测方法进行质量检测。高炉建设中应根据炉容大小和预期寿命，并根据不同部位对使用性能的要求合理地选用耐火材料，以降低将设投资。近年来国产高炉炉衬用耐火材料的质量和品种已取得很大进步，不加分析地盲目使用进口耐火材料是完全不必要的。 

参考文献

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