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1、 论文题目：高炉用耐火材料的要求及其发展学生姓名：王浩学 号：201002663214指导教师：陈敏专 业：冶金技术年 级： 10级高炉用耐火材料的要求及其发展 大家都知道，耐火材料是用作高温窑、炉等热工设备，以及高温容器和部件的无机非金属材料，耐火度不低于1580，并在高温下能承受相应的物理化学变化及机械作用。耐火材料的耐火度也是极高的，普通耐火制品的耐火度为15801770，高级耐火制品的耐火度为17702000，特级耐火制品的耐火度为2000。 耐火材料在钢铁冶炼取得了很大的发展和技术进步。而耐火材料是指耐火温度不低于1580的无机非金属材料。它包括天然矿石按照一定的目的要求经过一定的工
2、艺制程的各种制品。它具有一定的高温力学性能，良好的体积稳定性。而高炉是炼铁主要设备，它具有蝉联大，生产效率高和成本低的优点，这也是其他炼铁方法所无法比拟的。随着世界各国钢铁业的进步，高炉朝着大型化，高效化和长寿化发展，逐步采用富氧喷煤，高风温操作，高压炉顶等新的冶炼技术。高炉的衬条工作条件也发生了重大的变化，使其寿命降低很多，一般只有56年。特别是高炉的腰身及下部，炉腹部位，使其寿命更短，为适应这一发展，高炉耐火材料也有了很大的变化，长寿命新型，高温耐火材料逐渐被应用，高炉的寿命也逐提高。一炉衬用耐火材料根据高炉炉衬的操作条件的特征，要求耐火材具有：（1） 良好的高温使用性能，在长期高温下热稳
3、定性好。（2） 常温和高温下的强度要高，耐磨性要好。（3） 致密度高，导热性好，显气孔率低，高温收缩小。（4） 能抵制高温，高温下的铁水，熔渣，高炉煤气和炉尘的剧烈冲刷和侵蚀（5） 耐火砖外形尺寸准确，能确保砖缝达到规定的要求。目前，高炉耐火材料的品种很多，炉身一般采用性能优异的粘土砖或高铝砖，炉身下不，炉腰及炉腹则用碳制制品，碳化硅砖，刚玉等特种耐火材料。特别是最近发展起来的碳化硅砖，在高路上的应用获得了很大的成功。二.炉喉和炉顶用耐火材料 炉喉主要起保护衬，合理布料的作用。炉喉正常工作时，温度为400-500，这一区域主要保护受炉料直接冲击和摩擦作用，但没气流的冲刷相对较轻，因此，炉喉一般
4、采用水冷或无水冷钢砖，水冷钢砖与炉壳之间的填充浇注料。而炉顶及煤气风罩，一般都采用金属锚固件加耐磨的耐火涂料。三炉身用耐火材料 炉身是高炉的重要组成部分，起着炉料的加热，还原和糟渣作用。自始至终承受着煤气气流的冲刷与物料的冲击。而自身的上部温度和中部温度较低(400-800),无炉渣形成和渣蚀危害。这部位主要承受炉料冲击，炉尘上升的磨损或热冲击或者受到碱，锌等的侵入和碳的沉积而遭受破坏。所以该部位主要采用低气孔率的的优质粘土砖及高铝砖。特别是在耐火制品品种增加和质量提高的情况下，高炉炉衬寿命大为延长。四炉腰用耐火材料 炉腰起着上升没气流的缓冲作用。炉料在这里已部分还原造渣，涂料的透气性变差，同
5、时渣蚀严重。另外，炉腰部位的温度高（1400-1600）,高温辐射侵蚀严重，碱的侵蚀也比较严重；含尘的炽热炉气上升，对炉衬产生较强的冲刷作用；焦炭等物料产生摩擦；热风通过这是因其温度急剧变化作用。上述诸多因素的共同作用，是这个部位的耐火材料损坏严重。因此，炉腰部位一般选择抗渣侵蚀强，耐冲刷的耐火材料。五赋用耐火材料 炉腹连接炉缸和炉腰。这一区域温度更高，其下部炉料温度大约在1600-1650，气流温度也很高，并形成大量的中间渣开始滴落。该部位所受的热辐射，熔渣侵蚀都很严重。另外，碱金属的侵入，谈的沉淀而引起的化学作用，由上而下的熔体和右下面上的炽热气流的冲刷作用也很加剧。所以，炉腹部位历来都是
6、高炉寿命最短的关键环节。因此，该区域的材料应该有很高的抗腐蚀性，抗冲刷能力，同时还要兼有一定的抗热震能力。因此，现代大中型高炉在此部位都采用这类耐火材料比较普遍。烧成铝碳砖及烧成微孔铝碳砖也具有很好的抗压，抗折，抗侵蚀，抗冲刷能力。导热性好，而且容易挂渣，最重要的是抗热震能力强，价格也比较便宜。六炉缸，底耐火材料 炉缸是承装铁水和熔渣的地方，并燃烧焦炭产生大量煤气，为高炉还原制造初始条件。炉缸部位特别是风口区是高炉内温度最高的区域，其温度在1700-2000，炉底文帝一般在1450-1500。炉缸内衬出生受高温作用外，还主要受到渣铁的化学侵蚀与冲刷，炉底主要以铁水的深入侵蚀为主。 炉缸是高炉的
7、重要部位。该部位内衬破损的主要原因：（1） 渣、铁水的侵蚀；（2） 碱金属的侵蚀；（3） 高温煤气流的冲刷；（4） 热应力的破坏；（5） 二氧化碳、氧气、水的氧化、侵蚀等。 这一部位内衬破损是多种因素综合作用的结果，既有化学的、热力的，也有机械的作用。所以，炉缸用耐火材料的性能应满足如下要求：（1） 耐高温性，铁水温度1500左右，炉渣温度更高：（2） 耐侵蚀性，如高温炉渣的侵蚀，特别是渣中碱金属及氧化物时侵蚀性更强，其次是铁水的侵蚀，还有一氧化碳、二氧化碳、水的侵蚀；（3） 耐冲刷、耐磨性；（4） 抗渗透性；（5） 高导热性。炉缸风口带可采用刚玉莫来石砖或棕刚玉砖、硅线石砖；在渣铁水接触的热
8、面一般可采用陶瓷耐火材料即刚玉莫来石砖或棕刚玉砖，在冷面选用致密碳砖或石墨化、半石墨化炭砖，也可选用小块微孔炭砖、模压炭砖；炉底选用半石墨炭砖、微孔炭砖，炉底找平层上面用一层石墨化炭砖。七高炉用耐火材料的发展在过去的20年里，高炉炉缸的工作条件发生了很大变化，要求高炉炉缸用耐火材料内衬须承受更加恶劣的生产条件，与此同时，依靠提高内衬材料的使用寿命，达到提高高炉经济效益和效率的目标。传统上，炉缸主要使用碳质耐火材料，随着铁水温度的提高，高炉的产量也提高，将加速碳质耐火材料恶化的速度。为了能应高炉新的冶炼条件，现在有两种不同的观点，一种观点主张依据热力学，另一种观点主张依据耐火材料学。热力学观点是
9、以下列理论为依据：受热面温度越低，耐火材料损毁越慢。它强调通过高热导率的半石墨质炭块将热量传递给冷却系统。从而实现热平衡。同时，利用良好的导热性在炉缸内侧壁部位降低了工作面温度，并形成渣皮状附着物，将800等温线推至炭砖以外，保护炉缸内壁，实现炉缸系统的安全、高效、长寿。耐火材料学解决方法是根据众所周知的陶瓷底座，开发了新型的复合内衬，并在20世纪80年代初期砌筑使用。这种高炉因其外形为环状，故被称为“陶瓷杯”。它强调在采用高热导率的炭块将炉缸热量传递给冷却系统的同时，通过增加具有耐高温、抗渣碱侵蚀、耐冲刷和良好的热震稳定性的陶瓷材料制成的陶瓷杯，将炉缸内的炭质材料与铁水及其它混合物分隔，从而
10、在相当一段时间内杜绝了铁水对炭质材料炉缸的侵蚀，实现炉缸系统的安全、高效、长寿。近年来，国内很多高炉炉底炉缸采用陶瓷材料复合结构。陶瓷杯具有下列优点：（1）提高铁温度。陶瓷杯有隔热效果，减少了从炉底和炉缸壁辐射的热量。因此，铁水能保持较高的温度从出铁口流出。隔热效果取决于高炉炉壁的厚度、炉径及产量等的不同，使用陶瓷杯铁水温度可提高1020之间。温度更高的铁水有利于铁水往炼钢厂的运输。但是应该注意：由于含有同量的硅，焦炭的消耗量不会减少。节约能源是指减少热损失而不是改善高炉的冶炼过程。如果出铁的温度比常规低，那么应该是由于二氧化硅含量的降低。导致焦比下降，从而提高了效益。此外，因为降低了热损失，
11、炉缸对降低温度运行极不敏感，这样从停产恢复到正常运行所需的时间较短，并且容易恢复。 （2）降低了铁水的渗透。铁水的凝固温度是1150，而陶瓷内衬的内壁等温线是很接近1150。因为耐火材料的膨胀，耐火制品或预制块之间的链接缝会边小。因此，渗入孔隙出的铁水是有限的，仅对耐火材料表面层的性质有所影响。整个预制块仍保持完整的性能。 （3）“脆化层”的消除。因为800等温线现在在陶瓷杯内部，所以，以前认为在碳质内衬的脆化层现已消除了。这个消除不是理论上的假设，而是被实践所证明。 （4）出铁沟磨损的消除。由于使用陶瓷杯，使炉底的深度加深了，这样以前在碳质内衬经常发生的出铁沟磨损，现在得到了很好的消除。 八
12、 结束语 通常情况下，高炉炉体用刚玉砖和碳化硅系列耐火材料有较好的使用效果。炉缸和炉底可用微孔碳砖、热压碳砖、石墨、半石墨砖有较好的使用实绩，或采用完善的UCAR体系。微孔碳砖与陶瓷杯技术结合，石墨质材料和良好的冷却系统配合。在不同的高炉条件下都体现了良好使用效果。 延长高炉寿命是一个综合性课题，高炉寿命不仅与耐火材料材质、质量有关，还受到冷却设备、冷却水质量、施工质量、原燃料条件、操作水平即检测维护手段等诸多因素影响，要实现高炉长寿，必须加强这些方面的工作，提高综合水平。选用新型优质耐火材料是延长高炉寿命的重要措施，在选用耐火材料之前必须分析高炉炉衬的破损机理，因地制宜，结合该厂的冶炼条件、经济承受能力，配置的冷却系统，有选择的使用耐火材料。
