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高炉用耐火材料有哪些？

文章出处：正耐实业耐火砖厂家 / 发表时间：2019-07-19

高炉炉衬用耐火材料的使用条件

高炉用耐火材料，必须对炉内的反应保持物理和化学上的稳定，应达到以下要求：

（1）在高温下，不熔化、不软化、不挥发；

（2）应具有能在高温、高压条件下保持炉体结构完整的强度；

（3）耐热冲击，耐磨损；

（4）具有对铁水、炉渣和炉内煤气等的化学稳定性；

（5）具有适当的导热率，同时又不影响冷却效果。

区域	相对运动	热交换	反应
固相区（块状带）	固体炉料下降煤气上升	上升煤气对固体炉料进行加热和干燥	间接还原、气化反应，碳酸盐分解、部分直接还原
软融区（软融带）	煤气通过焦炭夹层	矿石软化、半熔、煤气对半熔层进行传热	直接还原、渗碳
滴落区（滴下带）	固体焦炭下降，向回旋区供给焦炭，熔铁下流	上升的煤气与滴下的溶渣、铁水及焦炭进行交换	合金元素还原、脱硫、渗碳、直接还原
回旋区（燃烧带）	鼓风使焦炭回旋运动	焦炭燃烧放热，产生高温煤气	燃烧反应、部分再氧化
炉缸区（渣铁带）	铁水和溶渣的储存	上部的热辐射、渣铁与焦炭的换热	最终的精炼、渣铁间的还原、脱硫、渗碳

高炉炉衬各部位用耐火材料

现代化大、中型高炉要求一代炉龄为10年（甚至15年）。耐火材料的品种、质量好坏直接影响高炉寿命。因此对耐火材料的品种、质量都提出了很严格的要求。

图中可见，侵蚀最严重的部位为炉腹、炉腰及炉身下部的衬里。

根据高炉各区域的反应条件、工作状态、温度、热冲击、侵蚀等的研究后，在选择使用耐火材料时对材质做出相应的变化。

炉身上部和中部用耐火材料

在炉身上部，其破损机理主要是由于布料和炉料下降带来的机械冲刷和随上升气流而在此聚集的碱金属所产生的化学侵蚀。

在炉身中部，主要是热震破坏，其次是机械冲刷。

炉身上部和中部侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：

侵蚀原因

对耐火材料的性能要求

1.炉料下降过程的磨损

2.上升煤气流的冲刷磨损

3.碱金属侵蚀破坏

4.CO的破坏作用

1.耐压强度高

2.抗碱金属侵蚀性好

3.气孔率低

4.氧化铁含量低

选用耐火材料：粘土砖、硅线石砖、致密粘土砖、高铝砖等。

高炉炉身过去一直使用高级粘土砖、高铝砖、莫来石砖、刚玉砖、硅线石砖、碳砖、石墨砖和半石墨砖等，但是从70年代开始使用碳化硅砖，到1990年为止，世界上已有65％的高炉使用了碳化硅砖，在炉缸直径大于12m的大型高炉中，有68％的高炉使用了碳化硅砖。

按照结合方式，碳化硅砖分别为β－SiC结合、 Si3N4结合、Sialon结合和Sialon- Si3N4结合的碳化硅砖。70年代末期和80年代初期，主要使用β－SiC结合的碳化硅砖，在80年代末期，除日本之外， Si3N4结合、Sialon结合和Sialon- Si3N4结合的碳化硅砖用量已占67.5％。自1986年以来，世界各国已有数十座高炉使用了Sialon- Si3N4结合的碳化硅砖。

由于碳化硅砖具有良好的导热性、高温强度、耐磨损性、抗碱性和抗化学侵蚀性等，因此包括日本、美国、德国、英国等国家的高炉采用碳化硅砖都取得了很好的使用效果。例如，美国高炉寿命从原来的3～4年提高到8～10年，日本大型高炉炉龄由过去的5～6年提高到10～15年以上。

炉身下部、炉腰

从炉身下部到炉腰的砖衬，既受下降炉料和上升高温高压煤气的磨损以及温度变化引起的热冲击，又受高FeO高碱度初渣的化学侵蚀，更为严重的是碱金属和锌蒸气（锌通过氧化物或硫化物进入高炉）造成的碳素沉积和化学反应，使耐火砖组织脆化，失去强度。

炉身下部、炉腰侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：

侵蚀原因

对耐火材料的性能要求

1.初成渣的化学侵蚀

2.下降炉料的磨损

3.金属铁的侵蚀破坏

4.煤气流冲刷磨损

5.热震引起的剥落

1.抗渣侵蚀性好

2.抗碱金属侵蚀性好

3.高温强度高

4.导热性好

5.气孔率低

6.热震稳定性好

选用耐火材料：铝炭砖、碳化硅砖、热压小块炭砖及半石墨化炭-碳化硅砖等。

炉腹用耐火材料

炉腹带侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：

侵蚀原因

对耐火材料的性能要求

1.高温煤气流的冲刷磨损

2.热态渣铁的冲刷侵蚀

3.高温破坏作用

1.高温耐磨性好

2.抗渣铁侵蚀性好

3.导热性好

炉腹处砌砖在冷却壁的冷却作用下，可以形成渣皮，起保护作用。

选用耐火材料：高铝砖、铝碳砖、半石墨化碳-碳化硅砖、热压小块碳砖、SiC结合Si3N4砖等。

风口区用耐火材料

风口区是高炉中温度最高的区域，由于高炉的大型化和强化冶炼技术的应用，致使大型高炉热风口顶部的热风动能很高；风口前的燃烧区域处于气流和焦炭的强烈扰动之中，因此，炉衬不仅受高温气流的冲刷，而且还受炽热焦炭和尘埃的磨蚀，以及含FeO很高的初渣的化学侵蚀。另外现代的喷吹煤粉操作也无疑增加了对风口区砖衬耐火材料的侵害。

风口区侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：

侵蚀原因

对耐火材料的性能要求

1.液态渣铁的冲刷侵蚀

2.碱金属的侵蚀破坏

3.煤气流的冲刷磨损

4.氧化破坏作用

1.抗渣铁侵蚀性好

2.抗碱金属侵蚀性好

3.抗O2、H2O氧化性好

4.导热性好

风口区耐火材料：

以前高炉风口区使用粘土砖、高铝砖、硅线石砖等。近年来,在大、中型高炉的风口带普遍使用大的机压碳块砌筑，把风口周围砌筑成对称的扇形体。但考虑到由于碱性物质作用引起的变形，以改用抗碱性更好的碳化硅砖，如β－SiC结合、Si3N4结合和Sialon结合SiC砖。

小型高炉现在多使用炭素料捣固或炭块砖砌筑。这部分砖衬同炉缸的砖衬砌成整体，为防止风口周围氧化的侵蚀,需要用高铝砖、粘土砖或耐火混凝土的砌筑保护层以便防止烘炉和开炉过程中炭素材料的氧化。

铁口部位用耐火材料

铁口部位用耐火材料要承受铁水和炉渣的侵蚀和冲刷，以及在开、堵铁口时受开口机和泥炮的外力影响。因此铁口部位用耐火材料要求抗炉渣、铁水侵蚀性好、抗机械应力的能力好，同时砌筑结构上要稳定。采用大块异型组合砖，砌筑时砖缝上下错开，每个单体相互咬合，使来自炉内外的压力向四周传递，从而使整个砌体受力保持平衡，达到砌体密封性和稳定性的目的。

铁口区耐火材料：

过去高炉铁口区主要使用粘土砖、高铝砖、硅线石砖和大型碳砖，但这几种砖的抗碱性、耐剥落性和抗渣性不好，大型碳砖抗氧化性不好。而近期开发出ASC砖，使用结果表明其性能较好。

炉缸、炉底用耐火材料

内衬侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：

侵蚀原因

对耐火材料的性能要求

1.铁水熔蚀及渗透

2.铁水环流冲刷侵蚀

3.碱金属侵蚀

4.热应力的破坏作用

1.抗铁水熔蚀、抗渗透性好

2.导热性好

3.抗碱金属侵蚀性好

4.气孔率低、微孔性

炉缸侧壁砌体出铁口以上受到铁渣的侵蚀作用，出铁口以下为”死铁层”,长期受铁水浸泡，在炉缸壁与炉底的交界处受到铁水环流的冲刷作用。因此要求砌体具有良好的抗铁渣、铁水侵蚀能力和抗机械冲刷能力。

目前国内大、中型高炉炉缸、炉底大多采用碳砖和碳砖－陶瓷杯复合炉缸两种。

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