高爐各部位耐火材料的選擇

1、(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1500c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，或在碳磚上面砌筑陶瓷環(huán)，陶瓷杯材料主要技術(shù)性能堿表1。另外，半石墨產(chǎn)品已經(jīng)用于爐缸、爐墻。半石墨磚具有較強的應(yīng)力吸收特性和較高的導熱性，可以大大減少耐火材料爐襯的徑向溫度梯度。表1陶瓷杯耐火材料主要物理性能材質(zhì)體積密度/(g/cm3)顯氣孔率/%抗壓強度/MPa抗壓強度/MPa荷重軟化溫度/C重燒線變化率/%熱導率/W/(m-K)化學成分/%w(Al203)w(Fe2O3)莫來后質(zhì)<2

2、0>60>1600+>70剛玉莫來后質(zhì)<18>55>20>1650>88<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：在爐底炭塊上砌陶瓷墊材料，爐缸采用熱壓小塊碳磚；典型的陶瓷杯結(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層陶瓷磚0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/(g/cm3)顯氣孔率/%抗壓強度/MPa抗壓強度/MPa

3、熱導率/W/(m-K)化學成分/%w(SiC)wAdVd普通碳醇>35>8>90石墨SiC磚<>35>7>50(2)風口區(qū)和爐腹風口區(qū)和爐腹是高爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域。風口前產(chǎn)生的高溫煤氣以很高的速度上升，其溫度在1600c以上。14501550C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結(jié)合SiC磚、Sialon結(jié)合SiC磚、Sialon結(jié)合剛玉磚?，F(xiàn)在SiC系列磚表現(xiàn)出了較長的使用壽命

4、。(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”。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、抗胡法侵蝕能力強、抗氧化、耐磨、導熱性號。曾用于該部位耐火材料有高鋁磚、剛玉磚、鋁碳磚、SiC磚、Si32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、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，

5、主要是靠控制邊沿氣流和強化冷卻。相對來說，鋁碳磚、SiC磚、Si3M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3.足夠強的冷卻系統(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/(g/cm3)顯氣孔率/%抗壓強度/MPa抗折強度/MPa熱導率/W/(m-K)化學成分/%w(Al2O3)w(SiC)w剛玉醇<15>55>20>85Si3Ni結(jié)合SiC磚<16>170>40>70Sialon結(jié)合SiC科<

6、16>170>16>70Sialon結(jié)合剛玉磚>120>80石墨醇>15>30>17>100灰分w>95(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磚和澆注料的。現(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

7、最慢。爐身中、下部鋁碳磚的熱導率、抗堿性、透氣性及抗壓強度僅次于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、導熱性、熱震穩(wěn)定性均很差，不適合高爐目前，寶鋼運行的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；到1號高爐大修時則提出1215年；在4年高爐建設(shè)和2號高爐大修時又提高到1820年。一代爐齡的單位爐容產(chǎn)量目標從目前的x104t/m3提高到x104t/m3以上，達到世界

8、先進水平。為實現(xiàn)高爐一代爐齡壽命目標，寶鋼采用了內(nèi)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（第1代）2號高爐（第1代）3號高爐1號高爐（第2代）4號高爐1號高爐（第2代）爐容/m3406340634350406347474706投產(chǎn)時間冷卻方式爐底不銹鋼管純水不銹鋼管純水不銹鋼管純水不銹鋼管純水不銹鋼管純水不銹鋼管純水爐缸爐殼灑水爐殼灑水鑄鐵冷卻壁爐殼灑水鑄鐵冷卻壁鑄鐵+銅冷卻壁爐腹至爐身中部銅冷卻壁銅冷卻壁鑄鐵冷卻壁銅冷卻壁銅冷卻板+小塊鑄鐵冷卻壁密集式銅冷卻板爐身上部無鑄鐵冷卻壁鑄鐵冷卻壁鑄鐵

9、冷卻壁鑄鐵冷卻壁鑄鐵冷卻壁耐火材料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爐缸大塊碳磚大塊碳磚熱壓小塊碳磚大塊碳磚+陶瓷杯熱壓小塊碳磚熱壓小塊碳磚出鐵口硅線石磚A-S-C磚熱壓小塊碳磚超微孔碳科熱壓小塊碳磚熱壓小塊碳磚風口硅線石磚子結(jié)合SiC磚熱壓小塊碳磚剛玉預(yù)制塊硅線石磚硅線石磚爐腹、爐腰剛玉醇剛玉醇鑲b-Al2Q結(jié)合SiC科Sialon結(jié)合剛玉磚石墨醇石墨醇爐身卜部中部剛玉醇剛玉醇鑲堇青石結(jié)合硅線石磚Sialon結(jié)合SiC磚石墨醇+Sialon結(jié)合SiC磚石墨醇+Sialon結(jié)合SiC磚爐身上部致密粘土穆致密粘土磚無硅線石磚Si3N結(jié)合SiC磚Si3N4結(jié)合SiC磚爐喉鋼磚卜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。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