钢铁冶金用耐火材料1

2.1.3.4 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 1.铁水溶蚀及渗透 2.铁水环流冲刷侵蚀 3.碱金属侵蚀 4.热应力的破坏作用
对耐火材料的性能要求 1.抗铁水溶蚀、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”,长期受铁水侵泡，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。
1、 二十世纪八十年代随着宝钢全面建设开展。所有材料均来自日本 。 2、 二十世纪九十年代宝钢高炉大修时逐步采用欧洲的技术路线：即 强调耐火材料也非常重视水冷技术。 3、 日本高炉用耐火材料也在改进，但步伐不大，至今仍很少用 Sialon系统材料，但非常重视水冷技术。高炉寿命很长—超过20年。
我国高炉长寿发展历程
其他设备 Other equipment
2.1.1 高 炉
高炉炉体由上而下依次为：
炉喉
＜400℃
炉身
400～1100 ℃
炉腰
1100～1200 ℃
炉腹
1200～1450 ℃
炉缸`炉底 1450～1600 ℃
2.1.2 炉料在炉内分布（状态）
固相区（块状带） ：固体料软融前所分布的区 域。
软融区（软融带） ：炉料从开始软化到融化所 占的区域。
直接还原
直接还原、渗 碳
合金元素还原 、脱硫、渗碳 、直接还原
燃烧反应、部 分再氧化
最终的精炼、 渣铁间的还原 、脱硫、渗碳
2.1.3 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。
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。
2.1.3.3 炉腹用耐火材料
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。
高炉风口区示意图
陶瓷杯结构示意图
高炉用陶瓷杯：
最早的陶瓷杯结构是法国沙佛埃公司的炉缸结构。其特点 如下：在大块碳砖的内侧砌筑刚玉-莫来石质的陶瓷杯；陶瓷 杯与碳块之间留有一定的间隙，用特制的捣打料充填，防止因 材质的热膨胀率不同而造成结构应力的破坏。
炉腹带侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：
侵蚀原因 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
对耐火材料的性能要求 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、 Si3N4结合 SiC砖等。
一、钢铁冶炼过程
采
选矿
烧结
矿
炼焦
炼铁
三脱
炉外精炼
LF精炼炉 ANS-OB
喂丝 VD真空脱气 RH真空处理
转炉炼钢
连铸
轧钢
• 1 焦炉使用寿命40年的目标可以实现（只是从技术角度而 言）。
• 2 一座高炉一般要配备3～4座热风炉、热风炉的寿命应该 是高炉寿命的两倍、高炉长寿预期20年、热风炉寿命预期 应该是40年。
• 宝钢高炉本体用耐火材料历程对中国大型高炉用耐火材 料发展具有重要意义
• 宝钢初期耐火材料全部是日本体系。我们通过引进—消 化—吸收—国产化的历程、实现一次跨越。
• 从日本模式转变到欧洲模式、材质也出现重大变化、走 向赛隆结合碳化硅和赛隆结合刚玉体系。
2.1.3.1 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。
2.1.3.2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
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 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
对耐火材料的性能要求 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。
• 3 热风炉预期的寿命40年、高炉寿命是20年。目前差距很 大（只是从技术角度而言）。
为了适应现代化大型高炉日益苛刻的操作条件，必须 选用合适的耐火材料，才能达到高产长寿之目的。
炼铁过程工艺示意图
焦炉coke battery
ຫໍສະໝຸດ Baidu
铁水
Hot metal
高炉
Blast furnace
热风炉 Hot stove
滴落区（滴下带）：渣、铁全部融化滴落，穿 过焦炭层下到炉缸的区域。
回旋区（燃烧带）：风口前燃料燃烧的区域。 炉缸区（渣铁带）：形成最终渣、铁的区域。
2.1.2 炉料在炉内分布
区域
固相区 （块状带
）
软融区 （软融带
）
滴落区 （滴下带
）
回旋区 （燃烧带
）
炉缸区（ 渣铁带）
相对运动
固体炉料下降 煤气上升
我国高炉用耐火材料的发展
• 中国高炉用耐火材料的发展：
1、二十世纪八十年代以前：Al2O3-SiO2系统天然矾土为主； Si3N4SiC开始试用。 2、二十世纪九十年代：Al2O3-C Al2O3-SiC Si3N4-SiC开始使用 3、 2000年以后：Sialon系列产品全面实现工业化生产
• 中国高炉用耐火材料技术路线：
煤气通过焦炭 夹层
固体焦炭下降 ，向回旋区供 给焦炭，熔铁
下流
鼓风使焦炭回 旋运动
铁水和溶渣的 储存
热交换
上升煤气对固体 炉料进行加热和
干燥
矿石软化、半熔 、煤气对半熔层
进行传热
上升的煤气与滴 下的溶渣、铁水 及焦炭进行交换
焦炭燃烧放热， 产生高温煤气
上部的热辐射、 渣铁与焦炭的换
热
反应
间接还原、气 化反应，碳酸 盐分解、部分