高爐是用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。耐火磚的質(zhì)量直接影響高爐的運轉(zhuǎn)和使用壽命，常用的耐火材料有：高鋁磚、粘土磚和普通炭磚等。
耐火磚
耐火磚的使用性能是影響高爐壽命很重要的一個因素。20世紀80年代以前，國內(nèi)高爐爐襯一般采用高鋁磚、粘土磚和普通炭磚砌筑，壽命很短。當(dāng)時對高爐耐火材料使用性能的研究很少，因為產(chǎn)品標準中只有幾項常規(guī)指標，如炭磚的灰分、抗壓強度、氣孔率、體積密度，高鋁磚的抗壓強度、氣孔率、體積密度、耐火度、荷重軟化點、AlO3含量、Fe2O3含量等。這些常規(guī)指標不能反映生產(chǎn)過程中高爐爐襯的實際工作狀態(tài)，因而這些指標的高低與高爐壽命的關(guān)系并不密切。

隨著鋼鐵生產(chǎn)的高速發(fā)展，我國高爐爐襯用耐火材料取得了很大的進步，在生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品品種、質(zhì)量水平方面，正逐步追趕世界水平，取代某些進口產(chǎn)品。延長高爐壽命是我國冶金工業(yè)的重要技術(shù)政策，煉鐵和耐火材料工作者為此做出了很大的努力，并取得了顯著的成效。

高爐用的耐火材料主要包括炭磚和硅鋁質(zhì)耐火材料等。高爐炭磚有半石墨炭磚、微孔炭磚、超微孔炭磚、石墨磚和模壓小炭磚等。

國外、國內(nèi)各牌號炭磚目前國內(nèi)高爐陶瓷杯用磚有復(fù)合棕剛玉磚、剛玉莫來石磚、塑性相結(jié)合棕剛玉磚、微孔剛玉磚、法國陶瓷杯磚(澆注塊)等5種，復(fù)合棕剛玉磚的抗堿性較差，一般大型高爐已不采用。陶瓷杯爐缸結(jié)構(gòu)是法國首先開發(fā)的，是一種不經(jīng)高溫?zé)傻臐沧K，其主要優(yōu)點抗堿性優(yōu)良，抗?fàn)t渣侵蝕性較好，抗鐵水熔蝕性很好，是微氣孔磚，適用于爐缸磚襯。

近年國內(nèi)相繼開發(fā)出多種陶瓷杯用磚，則都是高溫?zé)傻?。國產(chǎn)微孔剛玉磚的各項性能均已達到或優(yōu)于法國陶瓷杯磚，其中抗?fàn)t渣侵蝕性和耐壓強度更好。塑性相剛玉磚除微氣孔指標較差外，其他性能都較好，是目前應(yīng)用更多的～種。剛玉莫來石磚由于抗堿性和抗?fàn)t渣侵蝕性很差，不適合用于爐缸部位，但用于陶瓷杯底仍是適用的。

除炭磚品種外，還要重視碳素搗打料和泥漿的選擇。如果采用導(dǎo)熱系數(shù)很低的碳素搗打料[1—3W／(m·K)]，即使炭磚導(dǎo)熱系數(shù)很高，但由于碳搗料相當(dāng)于絕熱層，因而散熱仍然不暢，爐缸爐底溫度然很高，影響強化冷卻的效果。

對于炭磚，主要研究其抗氧化性、鐵水滲透性、鐵水溶蝕性、導(dǎo)熱率、氣孔分布特性、抗堿性；對硅鋁質(zhì)耐火材料，主要研究其抗渣性、抗堿性、氣孔分布特性等指標。炭磚有以下幾種類型：

1)微孔炭磚。普通微孔炭磚中，國外的BC一7S和法國的AM一102炭磚可作為代表性的國際產(chǎn)品。國內(nèi)的幾座高爐都使用了該產(chǎn)品，使用效果好，高爐壽命都達到了**年以上。該產(chǎn)品的特點是導(dǎo)熱系數(shù)較高，微氣孔指標，抗堿性優(yōu)良。國產(chǎn)的普通微孔炭磚，其主要性能指標和國外BC一7S炭磚、法國AM一102炭磚已很接近，很多高爐的使用效果較好。

2)超微孔炭磚。以國外的BC一8SR和德國的7RDN為代表，人們稱之為超微孔炭磚。其主要特點是導(dǎo)熱系數(shù)較高，孔容積率>85％，其他性能也保持優(yōu)良。

3)模壓小炭磚。以美國NMA、NMD熱模壓小炭磚為代表的國際產(chǎn)品在我國應(yīng)用也比較多，使用效果較好。國內(nèi)某技術(shù)中-心和國內(nèi)某耐火材料廠合作進行了模壓小炭磚的研制，以電煅無煙煤為原料，以酚醛樹脂為結(jié)合劑，用磨擦壓磚機成型，經(jīng)高溫?zé)桑a(chǎn)模壓小炭磚，其產(chǎn)品性能已優(yōu)于美國熱壓小炭磚。

4）半石墨炭磚。國產(chǎn)半石墨炭磚和國外BC-5型半石墨炭磚相比，其導(dǎo)熱系數(shù)、抗堿性、鐵水熔蝕等性能相當(dāng)。德國半石墨炭磚的600℃導(dǎo)熱系數(shù)達到18．04W／(m·K)，優(yōu)于一般的國產(chǎn)半石墨炭磚，其他性能亦相當(dāng)。在高爐的內(nèi)部，不同的部位所使用的耐火材料也是不同的，高爐不同部位磚襯由于侵蝕、破損的原因不同則對耐火材料的性能要求也各異，應(yīng)根據(jù)主要侵蝕因提出性能要求，而不應(yīng)對每種耐火材料都提出同的性能要求。


因此，高爐設(shè)計非常重視爐底、爐缸設(shè)計的合理性，基本措施包括三個方面：一是增加死鐵層深度，以延緩爐缸鐵水流動對爐底、爐缸的侵蝕；二是改善爐缸耐材質(zhì)量，提高爐缸的導(dǎo)熱能力、抗壓強度、抗鐵水侵蝕；三是加強爐底、爐缸冷卻強度與冷卻效果。

爐腹、爐身和爐腰用磚

高爐的這些部位通常被認為是高溫區(qū)，是耐火材料內(nèi)襯的關(guān)鍵部位，即在正常情況下，高爐一代壽命就取決于這些部位的耐火材料和冷卻設(shè)備性能。這部分冷卻強度更大，溫度波動大，機械沖刷和堿侵蝕嚴重。因此，要求耐火材料具有高的導(dǎo)熱系數(shù)。高耐磨性和抗堿侵蝕性。針對上述情況，在60年代到80年代，經(jīng)過多種試驗，淘汰了傳統(tǒng)的高鋁磚，選用SiC磚。

爐腹、爐腰和爐身中下部，爐襯的工作條件相近，主要侵蝕原因是爐渣侵蝕、堿金屬侵蝕、爐料和渣鐵的沖刷、磨損等。高爐爐身上部，主要是機械沖刷與磨損。

這些部位的爐襯發(fā)展趨勢是，主要靠強化冷卻形成渣壤保持正常生產(chǎn)，磚襯僅留有很薄的鑲磚，耐火材料的用量很小。比較典型的設(shè)計如某l鍋爐的銅冷卻壁薄爐襯結(jié)構(gòu)。這一區(qū)域選用耐火磚的原則是，抗?fàn)t渣侵蝕性能好，抗堿性較好，導(dǎo)熱系數(shù)較高，強度要高。在成渣帶以下可選用Si，N。結(jié)合SiC磚、賽隆結(jié)合剛玉磚或賽隆結(jié)合SiC磚。

爐身中部無渣區(qū)可選用燒成微孔鋁炭磚。爐喉處直接使用鋼磚，爐喉下直到爐身上部均采用粘土劑。此外，國外目前還用硅線石磚，我國某公司在爐身上部均采用大塊硅線石磚。英國用含Al2O3為60％的SiC磚。這幾種磚的強度很高，抗堿侵蝕性和抗?fàn)t渣侵蝕性很好，導(dǎo)熱系數(shù)也高。適用于砌筑爐身到爐腹區(qū)域。

爐缸用耐火材料

現(xiàn)對于1000～2500m3級的高爐，爐缸可選用普通微孔炭磚，爐底用半石墨炭磚，陶瓷杯用微孔剛玉磚或塑性相結(jié)合棕剛玉磚，高爐壽命達到10～15年是完全可能的。

對于2500～4000m3級的高爐，爐缸用國產(chǎn)超微孔炭磚，爐底用普通微孔炭磚，陶瓷杯用國產(chǎn)微孔剛玉磚，高爐壽命達到15～20年也是可能的。如果認為國產(chǎn)超微孔炭磚剛研制出來不可靠，則可購買部分國外高品位炭磚用于爐缸砌筑。

現(xiàn)代高爐爐缸主要結(jié)構(gòu)類型有：以微孔碳磚為襯的炭質(zhì)爐缸，以陶瓷材料為襯的陶瓷杯爐缸；熱壓碳磚+陶瓷材料的復(fù)合爐缸。對以上三種爐缸結(jié)構(gòu)可分析其各自特點：高爐爐缸采用微孔碳磚，有效阻止了鐵水向碳磚的滲透，從而減輕了鐵水對爐缸內(nèi)襯材在于碳磚中，不能解決堿侵蝕對爐缸的侵蝕。

高爐爐缸采用陶瓷內(nèi)襯有更多的優(yōu)點：

1)陶瓷材料對碳磚起到保護作用，提高了爐缸抗鐵水的滲透和機械沖刷磨損；

2)陶瓷材料的低導(dǎo)熱性使?fàn)t缸內(nèi)襯溫度分布趨于合理，降低或避免堿侵蝕的破壞，同時還可降低熱耗。

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