高炉用耐火材料的选择与使用.ppt

高炉用耐火材料的高炉用耐火材料的 选择与使用选择与使用1 1、高炉各部位工作环境简介、高炉各部位工作环境简介n n炉喉：温度炉喉：温度400400℃℃~500~500℃℃，受炉料的撞，受炉料的撞 击和摩擦较为激烈击和摩擦较为激烈n n炉身：上部中部温度炉身：上部中部温度400400℃℃~800~800℃℃，承，承 受炉料冲击、炉尘上升的磨损或热冲击受炉料冲击、炉尘上升的磨损或热冲击 ，或受碱、锌等的侵入，或受碱、锌等的侵入下部温度较高，有灼热炉料下降时的摩下部温度较高，有灼热炉料下降时的摩 擦作用，煤气上升时粉尘的冲作用，碱擦作用，煤气上升时粉尘的冲作用，碱 金属蒸气的侵蚀作用金属蒸气的侵蚀作用n n炉腰：温度高炉腰：温度高14001400℃℃~1600~1600℃℃，高温辐，高温辐 射侵蚀严重，碱侵蚀严重，物料和炉尘射侵蚀严重，碱侵蚀严重，物料和炉尘 冲刷严重，热风通过引起温度急剧变化冲刷严重，热风通过引起温度急剧变化 ，渣蚀严重，渣蚀严重n n炉腹：温度高炉腹：温度高16001600℃℃~1650~1650℃℃，受热辐，受热辐 射、熔渣侵蚀严重，碱金属的侵入、碳射、熔渣侵蚀严重，碱金属的侵入、碳 的沉积引起的化学作用加剧，由下而上的沉积引起的化学作用加剧，由下而上 灼热气流和由上而下的熔体的冲作用加灼热气流和由上而下的熔体的冲作用加 剧剧n n炉缸炉底：风口区是高炉内温度最高区炉缸炉底：风口区是高炉内温度最高区 域，达域，达17001700℃℃~2000~2000℃℃。

主要受渣铁水主要受渣铁水 的冲刷侵蚀，铁水侵入，化学侵蚀的冲刷侵蚀，铁水侵入，化学侵蚀n n出铁口：受铁水环流、炉渣、碱的侵蚀出铁口：受铁水环流、炉渣、碱的侵蚀 和摩擦作用，出铁周期温度变化带来的和摩擦作用，出铁周期温度变化带来的 热冲击，同时存在开口和堵口时的机械热冲击，同时存在开口和堵口时的机械 振动损伤振动损伤n n出铁沟：主要受铁水、熔渣及微量元素出铁沟：主要受铁水、熔渣及微量元素 的冲刷侵蚀及浸润的冲刷侵蚀及浸润2 2、高炉用耐火材料的选择、高炉用耐火材料的选择n n现代化大、中型高炉要求一现代化大、中型高炉要求一 代炉龄为代炉龄为1010年（甚至年（甚至1515年）年） 耐火材料的品种、质量好耐火材料的品种、质量好 坏直接影响高炉寿命因此坏直接影响高炉寿命因此 对耐火材料的品种、质量都对耐火材料的品种、质量都 提出了很严格的要求提出了很严格的要求n n图中可见，侵蚀最严重的部图中可见，侵蚀最严重的部 位为炉腹、炉腰及炉身下部位为炉腹、炉腰及炉身下部 的衬里n n根据高炉各区域的反应条件根据高炉各区域的反应条件 、工作状态、温度、热冲击、工作状态、温度、热冲击 、侵蚀等的研究后，在选择、侵蚀等的研究后，在选择 使用耐火材料时对材质做出使用耐火材料时对材质做出 相应的变化。

相应的变化2.1 2.1 炉喉用耐火材料炉喉用耐火材料n n一般多用性能优异的黏土砖或高密度的一般多用性能优异的黏土砖或高密度的 高铝砖砌筑，但使用寿命较短，因而还高铝砖砌筑，但使用寿命较短，因而还 采用耐磨耐撞击的铸钢保护板现在有采用耐磨耐撞击的铸钢保护板现在有 很多新建的高炉采用黏土质耐火浇注料很多新建的高炉采用黏土质耐火浇注料 而在炉喉及保护板以下部位、直吹管和而在炉喉及保护板以下部位、直吹管和 煤气升降管等部位，均可采用喷涂料煤气升降管等部位，均可采用喷涂料2.2 2.2 炉身用耐火材料炉身用耐火材料n n炉身上部和中部：主要采用低气孔率的黏土砖及高铝炉身上部和中部：主要采用低气孔率的黏土砖及高铝 砖但随着高炉操作条件苛刻化，该部位要求采用在砖但随着高炉操作条件苛刻化，该部位要求采用在 耐剥落性和耐磨性方面都很优异的耐火材料因此在耐剥落性和耐磨性方面都很优异的耐火材料因此在 上部还可以采用磷酸盐结合的黏土砖，中上部还可采上部还可以采用磷酸盐结合的黏土砖，中上部还可采 用硅线石砖用硅线石砖炉身下部：一般使用要求有良好的抗渣性、抗碱性、炉身下部：一般使用要求有良好的抗渣性、抗碱性、 耐磨的黏土砖、高铝砖、刚玉砖及碳化硅砖。

耐磨的黏土砖、高铝砖、刚玉砖及碳化硅砖n n经过在炉身下部试用各类耐火砖，从抗强碱试验结果经过在炉身下部试用各类耐火砖，从抗强碱试验结果 看，在看，在1400 1400 ℃℃时普通刚玉砖并不比黏土砖好多少，而时普通刚玉砖并不比黏土砖好多少，而 莫来石结合的刚玉砖和直接结合或莫来石结合的刚玉砖和直接结合或SiSi3 3N N4 4结合结合SiCSiC砖仍保砖仍保 持有足够的强度使用结果表明，直接结合或持有足够的强度使用结果表明，直接结合或SiSi3 3N N4 4结结 合合SiCSiC砖对碱蒸气不发生反应，对碳裂解沉淀物不敏感砖对碱蒸气不发生反应，对碳裂解沉淀物不敏感 ，导热性能优良，因而是一种有前途的制品，在近几，导热性能优良，因而是一种有前途的制品，在近几 年的高炉建设中，尤其是在大高炉上得到了广泛的应年的高炉建设中，尤其是在大高炉上得到了广泛的应 用但该砖易氧化，也不耐铁水侵蚀，故只能在不接用但该砖易氧化，也不耐铁水侵蚀，故只能在不接 触铁水的部位使用触铁水的部位使用根据对世界各国根据对世界各国500500多座高炉进行调查的结果表明，约有多座高炉进行调查的结果表明，约有23%23% 的高炉使用了的高炉使用了SiCSiC耐火材料。

耐火材料 在我国，近在我国，近1010年来对高炉用耐火材料的研究和开发取得了许多年来对高炉用耐火材料的研究和开发取得了许多 的成果，特别是的成果，特别是SiSi3 3N N4 4结合结合SiCSiC砖在国内几十座高炉上得到广泛砖在国内几十座高炉上得到广泛 应用，该砖大都是在炉身下部砌筑应用，该砖大都是在炉身下部砌筑n n国内外的生产实践证明，国内外的生产实践证明，SiCSiC材质不与熔渣起反应，也材质不与熔渣起反应，也 没有结瘤现象，用在高炉炉身下部作内衬有助于延长没有结瘤现象，用在高炉炉身下部作内衬有助于延长 炉龄，提高热效率炉龄，提高热效率2.3 2.3 炉腰用耐火材料炉腰用耐火材料n n炉腰环境条件，一般选择抗渣侵蚀性强、耐冲刷的耐炉腰环境条件，一般选择抗渣侵蚀性强、耐冲刷的耐 火材料过去我国高炉在炉腰部位选用黏土砖和高铝砖，但随着过去我国高炉在炉腰部位选用黏土砖和高铝砖，但随着 高炉大型化及高强化冶炼的发展，已远远不能适应高炉大型化及高强化冶炼的发展，已远远不能适应 有使用半石墨砖、石墨砖、自结合有使用半石墨砖、石墨砖、自结合SiCSiC砖、刚玉砖等，砖、刚玉砖等， 均有一定的效果，而近几年采用均有一定的效果，而近几年采用SiSi3 3N N4 4结合结合SiCSiC砖则取得砖则取得 了比较明显的效果。

了比较明显的效果因此一般来说，如有条件可在因此一般来说，如有条件可在1000m1000m3 3以上的高炉炉腰以上的高炉炉腰 部位采用部位采用SiSi3 3N N4 4结合结合SiCSiC砖在1000m1000m3 3以下的高炉上，以下的高炉上， 也可考虑用也可考虑用SiCSiC砖，但必须同时改进冷却器结构和材质砖，但必须同时改进冷却器结构和材质 ，采用软水密闭循环冷却等进行必要的技术配套，才，采用软水密闭循环冷却等进行必要的技术配套，才 能充分发挥能充分发挥SiCSiC砖的作用砖的作用2.4 2.4 炉腹用耐火材料炉腹用耐火材料n n要求耐火材料不仅具有良好的抗碱抗渣性，而且要具要求耐火材料不仅具有良好的抗碱抗渣性，而且要具 有耐高温性能有耐高温性能过去以高铝砖和刚玉砖砌筑者多，但现在多选用过去以高铝砖和刚玉砖砌筑者多，但现在多选用SiCSiC制制 品 日本在炉腹和风口区域试用了纯度高、导热性好和耐侵蚀性强的高级耐火材日本在炉腹和风口区域试用了纯度高、导热性好和耐侵蚀性强的高级耐火材 料，如电熔高铝砖、合成莫来石砖、刚玉砖等，使用效果比较显著；料，如电熔高铝砖、合成莫来石砖、刚玉砖等，使用效果比较显著； 德国试用过如半石墨砖、电熔高铝砖、莫来石砖、德国试用过如半石墨砖、电熔高铝砖、莫来石砖、SiSi3 3N N4 4-SiC-SiC砖等；砖等； 荷兰霍戈文钢铁公司荷兰霍戈文钢铁公司3662m3662m3 3高炉炉腹砌半石墨砖，效果较好；高炉炉腹砌半石墨砖，效果较好； 欧美不少高炉使用欧美不少高炉使用SiCSiC砖砖近年在炉腹部位包括风口砖多使用抗碱性优异的、强近年在炉腹部位包括风口砖多使用抗碱性优异的、强 度较高的度较高的SiCSiC砖和砖和SiCSiC风口组合砖。

风口组合砖2.5 2.5 炉缸炉底用耐火材料炉缸炉底用耐火材料n n炉缸内衬除受高温作用外，还主要受到渣铁的化学侵炉缸内衬除受高温作用外，还主要受到渣铁的化学侵 蚀与冲刷，炉底主要以铁水的渗入侵蚀为主所以炉蚀与冲刷，炉底主要以铁水的渗入侵蚀为主所以炉 缸炉底的侵蚀大多为缸炉底的侵蚀大多为“ “蒜头状蒜头状” ”或平锅底状侵蚀，还有或平锅底状侵蚀，还有 在炉缸环砌碳砖中形成环形脆化层，严重时形成环形在炉缸环砌碳砖中形成环形脆化层，严重时形成环形 断裂n n产生产生“ “蒜头状蒜头状” ”侵蚀的主要原因有两点，一是铁侵蚀的主要原因有两点，一是铁 水渗透引起碳砖组织结构变化；二是铁水环流水渗透引起碳砖组织结构变化；二是铁水环流 造成碳砖机械冲刷磨损造成碳砖机械冲刷磨损n n而形成环形脆化层的主要原因是碳砖内部而形成环形脆化层的主要原因是碳砖内部800 800 ℃℃等温线上的碱侵蚀、炉内气体与碱金属反应等温线上的碱侵蚀、炉内气体与碱金属反应 ，生成碳酸盐沉积在碳砖中，并与碳反应，随，生成碳酸盐沉积在碳砖中，并与碳反应，随 着生产的延续，这种反应延续进行，最后形成着生产的延续，这种反应延续进行，最后形成 脆化层。

反映式为：脆化层反映式为：2K(g)+2CO2K(g)+2CO2 2(g)=K(g)=K2 2COCO3 3(l)+CO(g)(l)+CO(g)K K2 2COCO3 3(l)+2C(s)=K(g)+3CO(g)(l)+2C(s)=K(g)+3CO(g)根据上述的损坏机理，要延长炉缸、炉底的寿命根据上述的损坏机理，要延长炉缸、炉底的寿命 ，应该从耐火材料和炉缸结构两个方面解决防，应该从耐火材料和炉缸结构两个方面解决防 止铁水渗透、降低机械磨损和防止碱金属侵蚀止铁水渗透、降低机械磨损和防止碱金属侵蚀 等问题 因此首先在选择炉缸、炉底用耐火材料时，应采因此首先在选择炉缸、炉底用耐火材料时，应采 用抗渣铁侵蚀性强、抗碱性能强、抗铁水渗透用抗渣铁侵蚀性强、抗碱性能强、抗铁水渗透 性好、强度高、导热性好的耐火材料，即对碳性好、强度高、导热性好的耐火材料，即对碳 砖进行相应的技术改进；砖进行相应的技术改进；其次对炉缸进行复合砌筑，即工作区用致密耐其次对炉缸进行复合砌筑，即工作区用致密耐 火材料以提高抗铁水渗入和耐碱侵蚀，在靠近火材料以提高抗铁水渗入和耐碱侵蚀，在靠近 冷却壁处用高导热材料冷却壁处用高导热材料。

有代表性的三种炉缸设计方案有代表性的三种炉缸设计方案n n以微孔碳砖为衬的炭质炉缸方案以微孔碳砖为衬的炭质炉缸方案碳砖在生产时加入添加剂形成微碳砖在生产时加入添加剂形成微 孔，这些微孔的孔径在孔，这些微孔的孔径在1 1μmμm以下以下 ，这样小的微孔可以有效的防止，这样小的微孔可以有效的防止 铁水的渗透，从而减轻了铁水对铁水的渗透，从而减轻了铁水对 炉缸内衬结构组织的破坏和冲蚀炉缸内衬结构组织的破坏和冲蚀 ，抗碱性能也得到提高，导热性，抗碱性能也得到提高，导热性 也大幅度提高但由于也大幅度提高但由于800800等温等温 线仍落在碳砖中，不能解决碱侵线仍落在碳砖中，不能解决碱侵 蚀带来的环形脆化层问题因此这蚀带来的环形脆化层问题因此这 种方案的炉缸的长寿问题仍没有种方案的炉缸的长寿问题仍没有 解决。