高炉用耐火材料的发展与研究.doc

高炉用耐火材料的发展与研究近年来，随着高炉大型化和强化冶炼的大型设备和冶炼新技术的广泛采用，耐火材料质 量的好坏已成为提高冶炼设备寿命、降低铁水杂质含量的关键目前，某些新的耐火材料己 成为提高冶炼效果的“功能材料”和冶炼设备的重要组成部分炉底、炉缸用耐火材料炉底、炉缸承受高温、高压、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件十分恶劣，因此，炉 缸、炉底被侵蚀、破坏的程度是决定高炉大修及使用寿命的关键因素我国高炉炉缸、炉底很长一段时间采用黏土砖，后来相继研制了高铝砖、刚玉砖及碳砖 我国采用碳砖炉底最初是在上部砌筑800〜1600mm的碳砖，下部砌筑黏土砖或高铝砖这 种炉底结构开炉不久炉底中心部分炭砖便遭到破坏，而外围碳砖完好无损后来，炉底外围 环形碳砖砌到炉底最下端，中心部分的上部砌筑高铝砖或黏土砖，下部砌碳砖，即所谓综合 炉底结构由于高炉强化冶炼，普通碳砖已不能满足炉缸的要求，而改用微孔碳砖、超微孔碳砖、 半石墨砖普通碳砖气孔孔径为4〜5um,微孔碳砖为0.5 um,超微孔碳砖为0.02 um 微孔碳砖中加入Si有利于形成微孔，而加入A12O3有利于提高耐磨性因此，微孔碳砖与 半石墨砖的性能得到了进一步改善。

与普通碳砖相比，微孔碳砖和超微孔碳砖的机械强度、 抗铁水渗透性及高温性能均有所提高研究发现，碳块中A12O3添加量在10%以下时，碳 块耐铁水侵蚀性好，而其他的综合性能也不下降目前人们正在积极开发研究既能提高耐铁 水侵蚀性，又不使其他物理性能下降的碳块作为高炉炉底用耐火材料世界砖瓦网高炉炉底部分也可以采用不定形耐火材料与定型耐火砖相比，不定形耐火材料具有如 下特点：在构筑炉了时可以选择最佳的施工条件，如浇注、喷涂、涂覆（涂抹）、灌筑（浇筑） 等方法，可以进行机械化施工因此，不定形耐火材料具有施工方法简单灵活、适应性强、 节省劳动力、减轻劳动强度、工期短等诸多优点同时，采用不定形耐火材料构筑炉壁时, 可在炉壁中埋设与炉壳相连接的补强材料，以增加炉壁的弧度，因此可以构筑非常坚固而又 经济的较厚炉壁由于不定形耐火材料的这些优点，高炉炉底采用它控制偷块与炉壳之间捣 碎料的充填密度和可缩性，在谋求缓和热应力的同时，提高了高炉炉壳侧部的冷却效果目 前，也界各国都在大力开发和研制物理性能优良的不定形耐火材料，其中日木尤为突出日 本耐火材料使用量中不定形耐火材料约占一半（50%以上）炉墙用耐火材料炉墙部分是指从炉身下部到炉腰、炉腹部位。

这个部位的炉衬要承受煤气流的冲击、炉 料的磨损、碱金属和锌蒸汽的渗透，炉腰以下还要受到高FeO初渣的侵蚀，以及由于温度 的波动所产生的热震破坏作用，要求耐火材料必须具有耐高温、良好的抗热震性和导热性、 抗碱性和抗炉渣侵蚀能力强、抗氧化等炉腰及炉身下部目前普遍采用的是优质碳化硅砖炉身中部选择具有良好抗侵蚀性的材 料，如高铝砖（A12O360%）、莫来石砖和碳化硅砖炉喉和炉身上部采用耐热冲击性能良好 的高铝砖炉腹、炉腰和炉身下部较长时间采用黏土砖和高铝砖砌筑上世纪70年代，在 高炉中下部炉身试用碳化硅砖（Si3N4或Sialon结合）这种砖高温强度高、热导率高、热膨 胀系数低、抗轲化性优良、抗碱与抗治侵蚀性好、高温耐磨性与抗热震性良好，用于高炉炉 身下部，获得了良好的效果但目前国内碳化硅砖生产品种单一、价格昂贵为满足高炉各 部位的使用要求，生产厂家应开发多品种、价格适宜的Si3N4结合碳化硅砖在炉腹区域，目前普遍使用的是高热导率的耐火材料，如逐渐由使用高铝砖向SiC砖转 变，其效果较好，但价格过于昂贵目前还研制了一•种高铝炭砖，采用特级高铝矶土熟料作 为耐火骨料，基质选用鳞片状石墨、碳化硅等，再添加抗碱剂及其他添加剂，用酚醛树脂作 结合剂，机压成型，经25CTC左右低温固化而成。

出铁系统用耐火材料1.出铁口用耐火材料由于出铁曰受到铁水、炉渣、碱的侵蚀和磨损，以及从出铁开始到结束时温度变化的热 冲击，出铁口处的耐火材料受到严重的损坏为了力求防止高炉漏气，要求高炉结构稳定性、 容积稳定性高并减小砌缝，因此高炉用耐火砖正在向大型化方1何发展从过去出铁口使用的 耐火材料情况来看，实际使用的材质有黏土质耐火砖、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特别优异的A12O3-SiC-C质或碳块等采取改善这些耐火 材料与树脂配合的料浆材料等措施，可以减少出铁曰的出铁次数，延长出铁时间，从而减小 耐火材料的损耗2 .出铁口用炮泥材料炮泥同时具有堵塞出铁口及保护炉壁和炉缸的功能要维持高炉顺行高产，确保稳定操 作的关键是出铁I」的深度炮泥使用适当，出铁曰的深度就会延长，其深度越深则出铁状态 就会越稳定，同时对炉缸也起到较好的保护作用由此可知，炮泥在高炉生产过程中的重要 作用为了保障高炉的顺行，炮泥需满足下列要求：在泥浆喷枪和出铁口中具有较好的可塑 性；封阻性好、硬化速度快；耐铁水及熔酒侵蚀性好；透气性好、易排气；能够满足环境要 求；易钻开；贮存期长、不易硬化；具有高炉耐火材料同样稳定的性能。

早期的炮泥多用矶土或黏土类骨料、结合黏土、焦炭与水的混含物，后来逐步使用非水 系的煤焦油结合剂高性能的煤焦油系炮泥材料是伴随高炉大型化、高压化而研制的，对出 铁口堵塞的坚实性和出铁时的耐侵蚀性要求越来越高，开始采用SiO2-A12O3-SiC-C系炮泥 材料为了改善炮泥产品性能，进一步提高其强度及耐侵蚀性，采用刚玉、金属硅、绢云母 粉或氮化硅铁等材料3 .出铁沟用耐火材料由于高炉的大型化和高冶炼强度的发展趋势，铁水温度升高，铁、铁清处理量增大，导 致出铁沟耐火材料的使用条件变得苛刻上世纪50年代，高炉出铁沟一般采用以焦炭、黏 土为熟料，以焦油作结合剂的廉价材料，人工捣打成型从上世纪60年代起为适应高生产 能力大容积高炉的生产条件，开发出了具有优异的耐剥落和耐侵蚀性的A12O3-SiC-C(ASC) 质耐火材料，显著地提高了出铁沟的使用寿命高炉出铁沟采用浇注料成型是当前的发展方 向A12O3SC-C质出铁沟浇注料采用高效复合反絮凝剂，降低了浇注料的加水量采用快 干剂，达到快速修补的目的同时添加适量增强剂，提高了浇注料的中温强度，能有效防止 浇注料在加热、干燥和生产过程中产生爆裂bl前研发出铁沟用溶胶结合A12O3-SiC-C质浇注料，不使用水泥作结含剂，在高温下 的抗折强度比水泥结含浇注料要高，抗氧化性和抗侵蚀性好，快速烘烤时不产生裂纹，加热 时有害气体排放量低，有利于环保。

该快干型的浇注料成型后1小时即可脱模，快速烘烤2〜 3小时即可投入使用；目前也有用氮化硅、硅等替代A12O3-SiC-C配料中的部分SiC,利用 原位反应原理研制成功Sialon增强的新型A12O3-SiC-C质出铁沟白流浇注料，该产品具有 抗清侵蚀性好、高温强度高、施工性能好的特点，探索出氮化硅铁在AI2O3SC-C质出铁 沟浇注料中的应用利用闪速燃烧工艺制备氮化硅铁是近年来开发的一种原料合成新工艺, 氮化硅铁因其中含有的Si3N4相耐火度高、抗侵蚀性好，而被用作耐火材料原料，氮化硅 铁在A12O3-SiC-C系铁沟料中，还能起到防氧化作用，Si3N4氧化后生成的SiO2与A12O3 等反应形成玻璃膜，覆盖于材料表面，使含C材料抗氧化性增强风口区用耐火材料风口区一-般都处在2000C以上的高温下，承受很大的热应力，除承受摩擦等物理损坏 外，同时还要承受由于碱、锌、碳沉积等化学侵蚀而遭受更为严重的损坏还要受到气流和 熔体的冲击损坏，作为结构体用耐火材料经常发生损坏和漏气等重大故障这种故障可以从 过去使用的黏土质耐火砖或硅线石耐火砖的损坏情况得到证实但是，近来取而代之的耐火 材料是耐碱性优异、强度较高的碳化硅耐火砖。

由于对大型化的炉内衬结构进行了改进，从 而消除了风口区气流和熔体的冲击损坏和漏气等故障总之，高炉用耐火材料中除应继续研究高性能高炉用Sic砖和Si3N4结合的SiC砖外, 高炉内衬采用优质高效耐火材料制品仍是耐火材料工业研究开发重点其中Sialon是研究 中值得注意的新产品，目前Sialon陶瓷的抗热震性优于AI2O3和MgO等氧化物耐火材料， 而抗腐蚀性又优于SiC和Si3N4等非氧化物耐火材料因此，Sialon陶瓷结合SiC砖可能成 为高炉新的一代耐火材料如何利用我国的资源优势，研究开发矶土基刚玉、尖晶石、错刚 玉、莫来石等优质原料及由它们制成的优质制品，来满足高炉重要部位对耐火材料的需求， 是每一个耐火材料工作者的重要任务。