高炉及熔融还原炼铁用耐火材料厦门论文终稿Word格式.docx
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16
常温耐压强度，MPa≥
150
120
抗折强度，MPa
≥
常温
42
16（110℃,24h）
10（1300℃,3h）
（抗折粘结强度，MPa）
12
1400℃,0.5h
45
荷重软化温度，℃＞
（0.2MPa,0.6%）
1700
抗热震性，次≥
（1100℃，水冷）
30
应用
高炉炉身下部、
炉腰、炉腹
砌筑Si3N4结合及Sialon结合SiC砖
陶瓷杯及炉腰、
炉腹
除了SiC制品外，国内利用矾土资源和石墨资源丰富的优势开发了烧成和不烧高炉铝炭砖，该砖的性能与Si3N4结合ＳｉＣ砖相近，完全可以满足炉身下部内衬的要求，已在国内中型高炉上推广应用。
另外，一些钢铁公司如柳钢等还在高炉炉身采用由炉壳、冷却系统和浇注料预制块组成的水冷模块系统取代传统的插入式水箱和砖衬系统，所用炉身水冷浇注料预制块的组成为：
Al2O357.6%，CaO1.06%,Fe2O31.47%。
1.3炉缸和炉底用耐火材料
传统炉缸用耐火材料为炭素材料。
新型耐火材料有焙烧炭砖、热压炭砖、微孔炭砖、超微孔炭砖、Ｃ复合ＳｉＣ砖、半石墨化自焙炭块等。
普通炭砖气孔径为４～５μｍ，微孔炭砖为0.5μｍ,超微孔炭砖为0.02μｍ。
微孔和超微孔炭砖的机械强度、抗铁水渗透以及高温性能都高于普通炭砖。
这一类的耐火材料国内也有生产，但性能指标，尤其是微孔尺寸达不到国外产品的水平。
“陶瓷杯”技术逐步在高炉上推广应用，采用自焙炭块、刚玉莫来石砖、刚玉砖等构成“陶瓷杯”，可提高出铁温度约１０～２０℃，减少铁水渗透，防止炭砖脆化，高炉寿命得到显著提高。
陶瓷杯用砖仍然以法国SAVOIE公司的产品为主，国产的刚玉莫来石砖、复合棕刚玉砖、微孔刚玉砖、塑性相结合刚玉砖质量与进口产品不相上下，都已在高炉上得到了应用。
武钢准备建设的6#高炉（3200m3）的设计中也采用了陶瓷杯结构。
武钢5#高炉炉缸采用微孔炭砖，炉底用半石墨炭砖，预计寿命可达到15年。
鞍钢新1#高炉采用水冷碳砖薄炉底、炉缸结构，引进1层日本NDK微孔碳砖和炉缸环壁微孔碳砖，其平均孔径＜0.2μm，热导率＞14W·
（m·
K）-1，国内配套1层石墨碳砖，3层半石墨碳砖，并配合法国陶瓷杯以及复合棕刚玉为材质的盖面砖、风口大块组合砖。
另外，首钢、本钢等大型高炉先后引进美国ＵＣＡＲ公司的热压炭砖，取得了令人满意的效果。
高炉风口以前使用粘土砖或硅线石砖,因考虑到抗碱性,已改用SiC砖、复合棕刚玉组合砖或Sialon结合的刚玉制品。
就SiC砖的抗碱性而言,Si3N4结合的SiC砖比硅酸盐结合的SiC砖好。
出铁口处使用Al2O3-SiC-C砖越来越普遍。
鞍钢新1#高炉风口采用复合棕刚玉大块组合砖，铁口采用莫来石棕刚玉异型组合大块砖。
宝钢和鞍钢高炉内衬用耐火材料分别列于表2和表3。
表2宝钢高炉内衬耐火材料的配置
部位
1#高炉（一代）
1#高炉（二代）
2#高炉
3#高炉
炉底
石墨SiC砖
普通炭砖
普通炭砖，微孔炭砖
陶瓷杯底
高导热性炭砖
石墨化炭砖
D级普通炭砖
炉缸
侧壁
微孔炭砖，普通炭砖
陶瓷杯壁
微孔炭砖
热压小块炭砖NMD
铁口区
硅线石砖
大块超微孔炭砖
ASC砖
风口区
刚玉浇注料
自结合SiC砖
Sialon结合刚玉砖
嵌铸β—Al2O3结合SiC砖，冷却壁
Si3N4结
合SiC砖
炉腰
Sialon结合SiC砖
嵌铸Si3N4结合SiC砖，冷却壁
炉身下部
炉身中部
刚玉砖，粘土砖
Si3N4结合SiC砖
嵌铸堇青石结合硅线石砖，冷却壁
炉身上部
致密粘土砖
炉喉钢砖下部
水冷板
冷却系统
冷却板
冷却壁
表3鞍钢高炉用耐火砖的理化指标
名称
半石墨碳-碳化硅砖
微孔铝碳砖
氮化硅结合碳化硅砖
焙烧碳块
半石墨质焙烧碳块
微孔焙烧碳块
刚玉-莫来石砖
化
学
组
成
/%
固定碳
灰分
SiC
Al2O3
Fe2O3
TFe
≥40
11（C）
≥98
≥78
≤1.0
≤20
≤19
≥50
≥70
≥65
≤0.6
≥82
≤0.7
≤0.5
≤1.5
≥22（Si3N4）
≤0.5（TiO2）
体积密度（g·
cm-3）
≥1.90
≥2.80
≥2.65
≥1.55
≥3.10
显气孔率/%
≤15
≤14
≤16
≤25
≤17
耐压强度/MPa
≥60
≥140
≥25
≥100
抗折强度/MPa
≥9
≥6
≥18
荷重软化开始
温度/℃
≥1680
≥1700
1.4高炉内衬的维护技术
为了延长高炉寿命，目前对高炉炉衬的修补越来越普遍,具体方法有：
1）半干法喷补炉衬；
2）用湿式喷射料喷补；
3）压入修补：
当高炉壁发红时，在该处打孔，用挤压机把压入料压入到发红的炉衬处，压入料到被压入内衬后，固化或硬化而造衬，使该处的炉衬变厚，该技术在国外已成为高炉长寿化的重要措施之一。
国内高炉用喷补料的研究较多，开发的喷补料可以满足使用要求，但遥控喷补设备主要还依靠进口。
宝钢选用低铁致密、热震稳定性好及耐侵蚀性好的合成熟料生产喷补料在宝钢１#高炉上喷补后可使其超期限1～2年，回弹率降低至２０％以下。
高炉压入料大致分为热硬性压入料、水硬性压入料、气硬性和化学性压入料，并根据炉子的类型、温度条件来选定各种压入材料。
国内有多家单位研制开发了高炉内衬压入料。
由洛耐院研制的非水系压入料的理化指标为：
Al2O3≥60％，体积密度2.2g/cm3（110℃,24h），抗折强度≥8MPa（110℃，24h）、4MPa（1200℃，0.5h），耐火度≥1760℃，线变化率（1200℃,3h）±
0.6%。
硬质压入料在宝钢1#高炉上应用，取得了一定的效果，今后应进一步提高压入料性能，降低成本。
部分压入料、喷补料和湿式喷射浇注料的性能见表4。
表4压入料、喷补料和湿式喷射浇注料的性能
材质
铝碳化硅喷补料
粘土质喷补料
高铝质湿式喷射浇注料
铝碳压入料
加水量/％
10~12
12~15
5.5~6.5
≥43
≥30
SiO2
<
1.6
≥10
CaO<
2
C
≥20
显气孔率/％
≤23
≤18
≤12
体积密度/gcm-3
≥2.00
≥2.50
≥1.70
110℃,24h:
≥15
热态抗折强度/MPa
≥7（1000℃）
≥5（1000℃）
≥6（1000℃）
≥3（1200℃）
≥3（1400℃）
耐火度/℃
≥1630
≥1790
线变化/％
±
0.5
（1000℃，3h）
（1000℃,3h）
0.3
0～-0.4
1200℃,3h还原
1200℃,3h还原）
使用部位
修补上部炉腰以上部位
修补炉身下部、炉腰、炉腹
注：
显气孔率、体积密度、耐压强度的测定均为110℃,24h处理后。
1.5出铁沟用新型优质耐火材料
高炉出铁沟有捣打成型、浇注成型，也有使用预制件组装的，但采用浇注料成型是目前的发展方向。
目前，用于高炉出铁沟的高效不定形耐火材料主要为Al2O3－SiC－C浇注料及其预制件，其它还有莫来石－SiC－Ｃ质、Al2O3－Ｃ质、MgO－Al2O3质和镁铝尖晶石质等多种类型。
国内研制生产的Al2O3－SiC－C质出铁沟用材料发展较快，其生产和使用已达到国际先进水平。
出铁沟使用新型优质材料，可使其寿命提高到一次通铁量１０万t以上。
由洛耐院自行研制并生产的高炉出铁沟浇注料的性能指标见表5。
宝钢主沟一次性通铁量１０万t，主沟耐材单耗０．３５kg／t，一代沟龄达１００万t以上，达到世界一流水平。
为延长出铁沟的使用寿命，宝钢又采用了湿式喷补技术,所用喷补料的指标见表6。
鞍钢使用不同档次的铁沟料用于不同部位，一次通铁量达15万t以上，理化指标见表7。
表5洛耐院自行研制并生产的高炉出铁沟浇注料的性能指标
铁线
渣线
最高使用温度，℃
1550
化学组成，%≥
72～78
５８～６０
１２～２０
１５～３５
体积密度，g/cm3
110℃×
24h
２．９５
２．８５
1500℃×
３h
２．９０
２．８０
线变化率，%
０．６
耐压强度，MPa
２５
３０
６．０
６．５
耐火度，℃ ≥
１７００
可现场浇注或浇注成预制块使用
表6宝钢出铁沟所用喷补料的指标
湿式喷补料
半干法喷补料
60
55
18
110℃
2.8
2.25
1450℃
10
25
15
表7鞍钢出铁沟用Al2O3－SiC－C浇注料的理化指标
名称
铁线料
渣线料
w（Al2O3），%
w（SiC），%
耐压强度，MPa
体积密度，（g·
≥2.85
显气孔率，%
线变化率，% （1450℃）
0～0.5
近年来，开发了在渣线处使用的高抗侵蚀性的Al2O3－ＭgO材料，内衬寿命大幅度提高。
而且使用这种材料可减少能耗高的SiC原料的用量，具有一定的节能意义。
对出铁沟内衬进行热喷补维修所使用的喷补料主要是Al2O3-SiC-C质，江苏某厂研制的喷补料含Al2O359.22%,SiC19.01%,110℃24h处理后体积密度2.34g/cm3,耐压强度29MPa,抗折强度5.7MPa,1500℃2h烧后体积密度2.26g/cm3,耐压强度25.6MPa,抗折强度3.6MPa，该料在宝钢使用后通铁量与进口料相当，经济效益显著。
1.6出铁口炮泥
出铁口所用炮泥大部分是传统炮泥,俗称有水炮泥。
宝钢为了满足大型高炉强化出铁的需要，采用了另一类型的炮泥——无水炮泥。
无水炮泥一般由刚玉、SiC和焦粉为主要原料,同时配加不同的外加剂,以焦油作为结合剂。
宝钢TA—4炮泥每次出铁时间可达120min以上,每天出铁次数为10～11次。
无水炮泥的缺点是开铁口困难,宝钢采用插棒法开铁口,炮泥单耗已从过去的0.8kg/t铁降到了0.35kg/t铁。
近几年,随着人们对炮泥研究的深入,越来越多的非氧化物添加到炮泥中,对改善炮泥的性能起到了很好作用。
除SiC外，还有氮化硅、氮化硅结合SiC、氮化硅铁等。
2．铁水罐和混铁车用耐火材料
铁水罐（包）多使用粘土砖，也有用高铝碳化硅砖的,使用寿命可以在500～600炉次，也开始使用ASC砖，一次性使用寿命就能达到800次以上，通过修补等维护，可使使用寿命达到1500炉次以上。
现在有明显向高档次耐火材料发展的趋势，如用Al2O3—SiC—C浇注料和Al2O3—SiC—C砖的比例在增加，铁水罐寿命显著提高。
另外，还使用喷涂高铝—SiC涂层的方法来提高铁水罐的寿命。
铁水包用部分耐火材料的性能见表8。
表8铁水包用部分耐火材料的性能
粘土砖
Al2O3—SiC—C砖
高铝砖
Al2O3—SiC—C浇注料
Al2O3—SiC—C
浇注料
炉墙炉底工作层
渣线
炉底和熔池
>
50
1.5
1.8
8
7
23
5
17
17（1400℃,3h）
体积密度/g·
cm-3
3.00
2.85
2.80
2.6（110℃,24h）
2.6（1400℃,3h）
2.4（110℃,24h）
2.38（1400℃,3h）
56.3
77.1
44.6
10（110℃,24h）
30（1400℃,3h）
1750
1790
荷重软化点（T2）/℃
1450
热震稳定性/次
鞍钢100t铁水包工作衬主要使用粘土砖和蜡石砖砌筑，使用寿命一般在400～500次左右，现使用Al2O3-SiO2-C质铁水包整体浇注技术及采用Al2O3-SiO2-C砖砌筑包衬，包衬寿命提高。
鞍钢铁水包用浇注料的理化性能指标见表9。
混铁车过去使用致密粘土砖、莫来石砖、镁砖和镁铝砖等，在混铁车内进行铁水预处理后，已不能满足生产的需要，而使用Al2O3-SiC-C砖有很好的使用效果。
宝钢混铁车内衬各部位所用的Al2O3-SiC-C砖的性能指标见表10。
另外，还开发出了整体浇注混铁车内衬技术，材质为Al2O3-SiC-C质，该整体内衬施工技术操作方便，已在多家钢厂的混铁炉上推广应用，能够显著降低耐火材料成本。
如莱芜钢铁公司就采用了整体浇注技术,整体浇注内衬由保温层和工作层组成，所采用的材料的理化性能见表11和表12。
Al2O3-SiC-C材料已使用多年了，针对今后越来越苛刻的操作条件，应以材质、结构方面研究开发为重点，生产出更优良的Al2O3-SiC-C砖。
表9铁水包用浇注料理化性能指标
项目
TB-1
TB-2
TB-3
TB-4
w，%
Al2O3％
SiO2+C％
F.C％
SiO2％
≥12
≤45
≥3
≥5
≤10
≥80
≤8
110℃24h
1000℃3h
1450℃3h
≥2.35
≥2.40
≥2.45
≥2.70
≥2.60
≥2.90
1000℃3h
≥35
抗折强度，MPa
≥4
≥8
表10宝钢混铁车内衬各部位所用的Al2O3-SiC-C砖的性能指标
铁水部
炉顶部
渣线部
53
11．5
2．75
8．5
耐压强度，MPa≥
40
表11 工作层所采用的浇注料的理化性能指标
炉底料
熔池料
炉顶料
化学组成，%
Al2O3
SiC
-
体积密度，g/cm3
16h
2．60
2．80
2．40
1350℃×
3h
2．50
2．30
35．0
30．0
70．0
60．0
6．0
5．0
8．0
7．0
16h
0～0.1
3h
表12保温层所采用材料的理化性能指标
类别
Al2O3，%≥
热导率,W/（m.K）（700℃）
轻质浇注料
≥0.5
≥1.0
硅酸铝纤维毡
0.22
轻质高铝砖
0.8
4.0
3．热风炉用耐火材料
目前，我国绝大部分热风炉高温部位使用的耐火材料仍然是高铝砖。
我国除开发应用了热风炉用高抗蠕变高铝砖、硅砖外，还使用有硅线石砖、烧结莫来石砖、红柱石砖、粘土砖等，部分优质高铝砖、低蠕变硅砖等的各项理化性能已达到了日本等先进国家的水平，并且有中国耐火原料的特色，同时还开发有各种不定形材料。
硅砖广泛地用在热风炉的拱顶、连络管、燃烧室和蓄热室上部高温区，格子砖上部高温区。
砌有硅砖的热风炉在炉顶温度≥1400℃时的使用效果较好。
洛阳耐火材料研究院和某厂共同研制生产的高铝砖性能指标见表13。
该砖的各项理化性能达到国外先进水平。
在宝钢、武钢等大型高炉热风炉中上部使用效果良好。
表13热风炉用低蠕变高铝砖的性能
化学成分,%
气孔率,
%
体积密度,g/cm3
耐压强度,MPa
荷软,
℃
蠕变率,%
温度,℃
0～50h
20～50h
70.32
1.32
2.56
121.5
1590
1300
—0.349
—0.085
74.34
0.71
2.87
123
1560
—0.434
—0.186
宝钢１#高炉有４座新日铁式外燃式热风炉，热风主、支管及蓄热室使用刚玉莫来石砖，燃烧室、热风主管使用粘土砖，蓄热室燃烧室上部使用SiC质浇注料，蓄热室下部格子砖使用高铝砖，其它一些部位还使用了高铝质隔热砖、硅质轻质砖，堇青石砖及隔热浇注料等。
武钢新3#高炉热风
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