高炉各部位使用的耐火材料
2013-09-09 11:29阅读：
（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1500℃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/cm3)
|
显气孔率/%
|
抗压强度/MPa
|
抗压强度/MPa
|
荷重软化温度/℃
|
重烧线变化率/%
|
热导率/
[W/(m·K)]
|
化学成分/%
|
w(Al2O3)
|
w(Fe2O3)
|
|
莫来石质
≥2.50
|
≤20
|
≥60
|
|
≥1600
|
+0.1
|
|
≥70
|
≤1.0
|
刚玉莫来石质
|
≥3.35
|
≤18
|
≥55
|
≥20
|
≥1650
|
≤1.0
|
≥2.25
|
≥88
|
≤0.3
|
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/cm3)
|
显气孔率/%
|
抗压强度/MPa
|
抗压强度/MPa
|
热导率/
[W/(m·K)]
|
化学成分/%
|
w(SiC)
|
w(F.C)
|
Ad
|
Vd
|
普通碳砖
|
≥1.5
|
≤20.0
|
≥35
|
≥8
|
|
|
≥90
|
≤8.0
|
≤1.0
|
石墨SiC砖
|
≥1.9
|
≤19.0
|
≥35
|
≥7
|
≥20.0
|
≥20.0
|
≥50
|
|
|
（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1600℃以上。1450~1550℃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、Si3N4结合SiC砖、Sialon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、Si3N4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、Si3N4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/cm3)
|
显气孔率/%
|
抗压强度/MPa
|
抗折强度/MPa
|
热导率/
[W/(m·K)]
|
化学成分/%
|
w(Al2O3)
|
w(SiC)
|
w(F.C)
|
刚玉砖
|
≥3.2
|
≤15
|
≥55
|
≥20
|
|
≥85
|
|
|
Si3N4结合SiC砖
|
≥2.6
|
≤16
|
≥170
|
≥40
|
|
|
≥70
|
|
Sialon结合SiC砖
|
≥2.65
|
≤16
|
≥170
|
|
≥16
|
|
≥70
|
|
Sialon结合刚玉砖
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≥3.15
|
|
≥120
|
|
|
≥80
|
|
|
石墨砖
|
≥1.75
|
≥15
|
≥30
|
≥17
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≥100
|
灰分≤0.25
|
≥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号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1.3×104t/m3提高到1.6×104t/m3以上，达到世界先进水平。为实现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
|
1号高炉
（第1代）
|
2号高炉
（第1代）
|
3号高炉
|
1号高炉
（第2代）
|
4号高炉
|
1号高炉
（第2代）
|
炉容/m3
|
4063
|
4063
|
4350
|
4063
|
4747
|
4706
|
投产时间
|
1985.9
|
1991.6
|
1994.9
|
1997.5
|
2005.4
|
2006.12
|
冷
却
方
式
|
炉底
|
不锈钢
管纯水
|
不锈钢管纯水
|
不锈钢管纯水
|
不锈钢管纯水
|
不锈钢管纯水
|
不锈钢管纯水
|
炉缸
|
炉壳洒水
|
炉壳洒水
|
铸铁冷却壁
|
炉壳洒水
|
铸铁冷却壁
|
铸铁+铜冷却壁
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炉腹至炉身中部
|
铜冷却壁
|
铜冷却壁
|
铸铁冷却壁
|
铜冷却壁
|
铜冷却板+小块铸铁冷却壁
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密集式铜冷却板
|
炉身上部
|
无
|
铸铁冷却壁
|
铸铁冷却壁
|
铸铁冷却壁
|
铸铁冷却壁
|
铸铁冷却壁
|
耐
火
材
料
|
炉底
|
大块碳砖
|
大块碳砖
|
|
