电弧炉耐火材料和炉衬

电弧炉耐火材料和炉衬

4.1 耐火材料的主要性能和分类

耐火材料是一种能抵抗高温（1580℃以上）作用的固体材料。耐火材料是所有工业用炉不可缺少的内衬材料，其使用范围极其广泛，其中冶金工业用量最大，约占耐火材料生产总量的70％左右。但是，目前尚没有一种耐火材料能够完全满足使用性能的要求，即使同一耐火材料在不同的使用条件下所表现的性能也不相同。因此，为了合理使用耐火材料，必须了解耐火材料的性能和使用的工作条件。

4.1.1 耐火材料的主要性能指标

耐火材料的主要性能指标包括：

①耐火度：耐火材料抵抗高温作用而不熔化的性能称为耐火度。耐火

材料没有固定的熔点，所以耐火度实际上是指耐火材料软

化到一定程度时的温度。耐火度是耐火材料的重要指标，

选用耐火材料的耐火度，应高于其最高使用温度。

②热稳定性：耐火材料承受温度急剧变化而不开裂、不损坏的能力，

以及在使用中抵抗破裂或破碎的能力，称为热稳定性。

③抗渣性：耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力称为抗渣性。

④体积稳定性：耐火材料在高温下长期受热时抵抗体积变化的能力称

为体积稳定性，也称重烧收缩或膨胀。

⑤荷重软化温度：耐火材料在高温时，每平方厘米承受2Kg静负荷

作用下，引起一定数量变形的温度，称为荷重软化

温度。在生产中，材料实际负荷常小于2Kg/cm2，

同时是单面受热的多，较冷的一面承受大部分负

荷，因此耐火材料的最高使用温度常较其荷重软化

温度为高。

⑥体积密度：耐火材料在110℃下干燥后的质量与体积之比称为体积密度，单位为g/cm3。

⑦真密度：耐火材料在110℃下干燥后的质量同真体积之比，称真密

度，单位为g/cm3。真体积指试样总体积与试样中孔隙所

占的体积之差。

⑧气孔率。气孔率包括：

1）显气孔率：耐火材料与大气相通的孔隙（开口孔隙）的体积与总体积之比。

2）真气孔率：耐火材料全部孔隙的体积（包括开口和闭口孔隙的体积）与总体积之比。

两种气孔率都用％表示。

⑨常温耐压强度：耐火材料在常温下每平方厘米承受负荷的能力称常

温耐压强度，单位为Kgf/ cm2（0.1Mpa）。

除上述性能指标外，耐火材料还有导热性、导电性、可塑性、透气性及吸水率等一些重要的指标。耐火材料的外形和尺寸，对于耐火材料的实际应用也具有很大的影响，它直接影响到砌筑时的砖缝。耐火材料的外观检查项目有：尺寸公差、缺角、缺棱、扭曲、裂纹、熔洞渣蚀等。一般制品的尺寸公差不得超过±3％。

4.1.2 耐火材料的分类

耐火材料的种类繁多，根据不同的使用目的和要求，有许多分类方法，常用的几种分类方法如下：

㈠按耐火度分类有：

①普通耐火材料：耐火度为1580～1770℃；

②高级耐火材料：耐火度为1770～2000℃；

③特级耐火材料：耐火度为2000～3000℃；

④超特级耐火材料：耐火度为3000℃以上。

㈡按化学性质分类有：

①酸性耐火材料：石英（硅石）、硅砖；

②半酸性耐火材料：半硅砖；

③中性耐火材料：铬砖、粘土砖、高铝砖、粘土质耐火泥等；

④碱性耐火材料：镁砖、铬镁砖、镁铝砖、白云石砖、镁砂、白云石及镁质耐火泥等。

㈢按制品外形尺寸分类有：

①标准型砖：直角形砖、纵楔形砖、横楔形砖，最常见的标准型砖的尺寸230mm×113mm×65mm；

②普型砖；

③异型砖；

④特异型砖。

此外，耐火材料还可按用途分类。如电炉炉盖用砖、盛钢桶用砖等；按耐火材料制作工艺不同还可分为烧成砖、不烧砖、熔铸砖等。

4.2 电弧炉用耐火材料

4.2.1 电弧炉对耐火材料的一般要求

电弧炉对耐火材料的一般要求有：

①高耐火度：电弧温度在4000℃以上，炼钢温度常在1500～1750℃，

有时甚至高达2000℃，因此，要求耐火材料必须有高

的耐火度。

②高荷重软化温度：电炉炼钢过程是在高温载荷条件下工作的，并且

炉体要经受钢水的冲刷，因此耐火材料必须有高

的荷重软化温度。

③良好的热稳定性：电炉炼钢从出钢到装料几分钟时间内温度急剧变

化，温度由原来的1600℃左右骤然下降到900℃

以下，因此要求耐火材料具有良好的热稳定性。

④抗渣性好：在炼钢过程中，炉渣、炉气、钢液对耐火材料有强烈的

化学侵蚀作用，因此耐火材料应有良好的抗渣性。

⑤高耐压强度：电炉炉衬在装料时受炉料冲击，冶炼时受钢液的静压，

出钢时受钢流的冲刷，操作时又受机械振动，因此耐

火材料必须有高的耐压强度。

⑥低导热性：为了减少电炉的热损失，降低电能消耗，要求耐火材料

的导热性要差，即导热系数要小。

4.2.2 炉盖用耐火材料

炉盖在冶炼过程中长期处于高温状态，并且经常受到温度急变的影响，受到炉气和粉末造渣材料的化学侵蚀，受到升降炉盖的机械振动作用，所以工作条件十分恶劣。近年来，随着炼钢电弧炉容量扩大

与单位功率水平的提高，炉盖的使用条件变得更加苛刻，炉盖用耐火材料也随之发生变化。炉盖用耐火材料有以下几种：

㈠硅砖：由天然石英岩或石英砂加工制成，电炉炉盖用硅砖理化性能如下表：

硅砖有很高的荷重软化温度，较高的耐火度，同时具有质量小，价格便宜等优点，因此曾是碱性电弧炉炉盖的主要材料。但硅砖的热稳定性差，当工作温度在180～300℃，300～600℃两个温度区间时，由于SiO2晶型转变，体积变化较大，所以耐急冷急热的能力很差。由于热膨胀严重，在使用中炉盖往往出现上凸下凹现象，为此砌筑时相当麻烦（必须留膨胀缝）。对于碱性电炉来讲，硅砖的抗渣性差，极易与石灰粉末作用。随着电炉热符合的提高，硅砖的耐火度低也成为主要问题。硅砖炉盖使用寿命一般不超过50炉。而且硅砖的熔滴滴在炉盖上影响炉墙的使用寿命；熔滴还会降低炉渣碱度，给精炼造成困难。因而除酸性电炉外，碱性电炉炉盖已很少使用硅砖。