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高爐用耐火材料有哪些？

文章出處：正耐實(shí)業(yè)耐火磚廠家 /?發(fā)表時(shí)間：2019-07-19


高爐爐襯用耐火材料的使用條件

高爐用耐火材料，必須對(duì)爐內(nèi)的反應(yīng)保持物理和化學(xué)上的穩(wěn)定，應(yīng)達(dá)到以下要求：

（1）在高溫下，不熔化、不軟化、不揮發(fā)；
（2）應(yīng)具有能在高溫、高壓條件下保持爐體結(jié)構(gòu)完整的強(qiáng)度；
（3）耐熱沖擊，耐磨損；
（4）具有對(duì)鐵水、爐渣和爐內(nèi)煤氣等的化學(xué)穩(wěn)定性；
（5）具有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱率，同時(shí)又不影響冷卻效果。
 

區(qū) 域

相對(duì)運(yùn)動(dòng)

熱交換

反 應(yīng)

固相區(qū)

（塊狀帶）

固體爐料下降煤氣上升

上升煤氣對(duì)固體爐料進(jìn)行加熱和干燥

間接還原、氣化反應(yīng)，碳酸鹽分解、部分直接還原

軟融區(qū)

（軟融帶）

煤氣通過(guò)焦炭夾層

礦石軟化、半熔、煤氣對(duì)半熔層進(jìn)行傳熱

直接還原、滲碳

滴落區(qū)

（滴下帶）

固體焦炭下降，向回旋區(qū)供給焦炭，熔鐵下流

上升的煤氣與滴下的溶渣、鐵水及焦炭進(jìn)行交換

合金元素還原、脫硫、滲碳、直接還原

回旋區(qū)

（燃燒帶）

鼓風(fēng)使焦炭回旋運(yùn)動(dòng)

焦炭燃燒放熱，產(chǎn)生高溫煤氣

燃燒反應(yīng)、部分再氧化

爐缸區(qū)

（渣鐵帶）

鐵水和溶渣的儲(chǔ)存

上部的熱輻射、渣鐵與焦炭的換熱

最終的精煉、渣鐵間的還原、脫硫、滲碳


高爐爐襯各部位用耐火材料
現(xiàn)代化大、中型高爐要求一代爐齡為10年（甚至15年）。耐火材料的品種、質(zhì)量好壞直接影響高爐壽命。因此對(duì)耐火材料的品種、質(zhì)量都提出了很嚴(yán)格的要求。
圖中可見(jiàn)，侵蝕最嚴(yán)重的部位為爐腹、爐腰及爐身下部的襯里。
根據(jù)高爐各區(qū)域的反應(yīng)條件、工作狀態(tài)、溫度、熱沖擊、侵蝕等的研究后，在選擇使用耐火材料時(shí)對(duì)材質(zhì)做出相應(yīng)的變化。

爐身上部和中部用耐火材料

  在爐身上部，其破損機(jī)理主要是由于布料和爐料下降帶來(lái)的機(jī)械沖刷和隨上升氣流而在此聚集的堿金屬所產(chǎn)生的化學(xué)侵蝕。
    在爐身中部，主要是熱震破壞，其次是機(jī)械沖刷。

爐身上部和中部侵蝕原因及對(duì)耐材的基本性能要求：

侵蝕原因

對(duì)耐火材料的性能要求

1.爐料下降過(guò)程的磨損

2.上升煤氣流的沖刷磨損

3.堿金屬侵蝕破壞

4.CO的破壞作用

1.耐壓強(qiáng)度高

2.抗堿金屬侵蝕性好

3.氣孔率低

4.氧化鐵含量低

選用耐火材料：粘土磚、硅線石磚、致密粘土磚、高鋁磚等。

  高爐爐身過(guò)去一直使用高級(jí)粘土磚、高鋁磚、莫來(lái)石磚、剛玉磚、硅線石磚、碳磚、石墨磚和半石墨磚等，但是從70年代開(kāi)始使用碳化硅磚，到1990年為止，世界上已有65％的高爐使用了碳化硅磚，在爐缸直徑大于12m的大型高爐中，有68％的高爐使用了碳化硅磚。

按照結(jié)合方式，碳化硅磚分別為β－SiC結(jié)合、 Si3N4結(jié)合、Sialon結(jié)合和Sialon- Si3N4結(jié)合的碳化硅磚。70年代末期和80年代初期，主要使用β－SiC結(jié)合的碳化硅磚，在80年代末期，除日本之外， Si3N4結(jié)合、Sialon結(jié)合和Sialon- Si3N4結(jié)合的碳化硅磚用量已占67.5％。自1986年以來(lái)，世界各國(guó)已有數(shù)十座高爐使用了Sialon- Si3N4結(jié)合的碳化硅磚。

   由于碳化硅磚具有良好的導(dǎo)熱性、高溫強(qiáng)度、耐磨損性、抗堿性和抗化學(xué)侵蝕性等，因此包括日本、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的高爐采用碳化硅磚都取得了很好的使用效果。例如，美國(guó)高爐壽命從原來(lái)的3～4年提高到8～10年，日本大型高爐爐齡由過(guò)去的5～6年提高到10～15年以上。

爐身下部、爐腰

 從爐身下部到爐腰的磚襯，既受下降爐料和上升高溫高壓煤氣的磨損以及溫度變化引起的熱沖擊，又受高FeO高堿度初渣的化學(xué)侵蝕，更為嚴(yán)重的是堿金屬和鋅蒸氣（鋅通過(guò)氧化物或硫化物進(jìn)入高爐）造成的碳素沉積和化學(xué)反應(yīng)，使耐火磚組織脆化，失去強(qiáng)度。

爐身下部、爐腰侵蝕原因及對(duì)耐材的基本性能要求：

侵蝕原因

對(duì)耐火材料的性能要求

1.初成渣的化學(xué)侵蝕

2.下降爐料的磨損

3.金屬鐵的侵蝕破壞

4.煤氣流沖刷磨損

5.熱震引起的剝落

1.抗渣侵蝕性好

2.抗堿金屬侵蝕性好

3.高溫強(qiáng)度高

4.導(dǎo)熱性好

5.氣孔率低

6.熱震穩(wěn)定性好

選用耐火材料：鋁炭磚、碳化硅磚、熱壓小塊炭磚及半石墨化炭-碳化硅磚等。

爐腹用耐火材料
爐腹帶侵蝕原因及對(duì)耐材的基本性能要求：

侵蝕原因

對(duì)耐火材料的性能要求

1.高溫煤氣流的沖刷磨損

2.熱態(tài)渣鐵的沖刷侵蝕

3.高溫破壞作用

1.高溫耐磨性好

2.抗渣鐵侵蝕性好

3.導(dǎo)熱性好

爐腹處砌磚在冷卻壁的冷卻作用下，可以形成渣皮，起保護(hù)作用。
選用耐火材料：高鋁磚、鋁碳磚、半石墨化碳-碳化硅磚、熱壓小塊碳磚、SiC結(jié)合Si3N4磚等。

風(fēng)口區(qū)用耐火材料

 風(fēng)口區(qū)是高爐中溫度最高的區(qū)域，由于高爐的大型化和強(qiáng)化冶煉技術(shù)的應(yīng)用，致使大型高爐熱風(fēng)口頂部的熱風(fēng)動(dòng)能很高；風(fēng)口前的燃燒區(qū)域處于氣流和焦炭的強(qiáng)烈擾動(dòng)之中，因此，爐襯不僅受高溫氣流的沖刷，而且還受熾熱焦炭和塵埃的磨蝕，以及含F(xiàn)eO很高的初渣的化學(xué)侵蝕。另外現(xiàn)代的噴吹煤粉操作也無(wú)疑增加了對(duì)風(fēng)口區(qū)磚襯耐火材料的侵害。

風(fēng)口區(qū)侵蝕原因及對(duì)耐材的基本性能要求：

侵蝕原因

對(duì)耐火材料的性能要求

1.液態(tài)渣鐵的沖刷侵蝕

2.堿金屬的侵蝕破壞

3.煤氣流的沖刷磨損

4.氧化破壞作用

1.抗渣鐵侵蝕性好

2.抗堿金屬侵蝕性好

3.抗O2、H2O氧化性好

4.導(dǎo)熱性好

風(fēng)口區(qū)耐火材料：

 以前高爐風(fēng)口區(qū)使用粘土磚、高鋁磚、硅線石磚等。近年來(lái),在大、中型高爐的風(fēng)口帶普遍使用大的機(jī)壓碳?jí)K砌筑，把風(fēng)口周圍砌筑成對(duì)稱的扇形體。但考慮到由于堿性物質(zhì)作用引起的變形，以改用抗堿性更好的碳化硅磚，如β－SiC結(jié)合、Si3N4結(jié)合和Sialon結(jié)合SiC磚。

  小型高爐現(xiàn)在多使用炭素料搗固或炭塊磚砌筑。這部分磚襯同爐缸的磚襯砌成整體，為防止風(fēng)口周圍氧化的侵蝕,需要用高鋁磚、粘土磚或耐火混凝土的砌筑保護(hù)層以便防止烘爐和開(kāi)爐過(guò)程中炭素材料的氧化。

鐵口部位用耐火材料

 鐵口部位用耐火材料要承受鐵水和爐渣的侵蝕和沖刷，以及在開(kāi)、堵鐵口時(shí)受開(kāi)口機(jī)和泥炮的外力影響。因此鐵口部位用耐火材料要求抗?fàn)t渣、鐵水侵蝕性好、抗機(jī)械應(yīng)力的能力好，同時(shí)砌筑結(jié)構(gòu)上要穩(wěn)定。采用大塊異型組合磚，砌筑時(shí)磚縫上下錯(cuò)開(kāi)，每個(gè)單體相互咬合，使來(lái)自爐內(nèi)外的壓力向四周傳遞，從而使整個(gè)砌體受力保持平衡，達(dá)到砌體密封性和穩(wěn)定性的目的。
 
鐵口區(qū)耐火材料：
    過(guò)去高爐鐵口區(qū)主要使用粘土磚、高鋁磚、硅線石磚和大型碳磚，但這幾種磚的抗堿性、耐剝落性和抗渣性不好，大型碳磚抗氧化性不好。而近期開(kāi)發(fā)出ASC磚，使用結(jié)果表明其性能較好。     

爐缸、爐底用耐火材料

內(nèi)襯侵蝕原因及對(duì)耐材的基本性能要求：

侵蝕原因

對(duì)耐火材料的性能要求

1.鐵水熔蝕及滲透

2.鐵水環(huán)流沖刷侵蝕

3.堿金屬侵蝕

4.熱應(yīng)力的破壞作用

1.抗鐵水熔蝕、抗?jié)B透性好

2.導(dǎo)熱性好

3.抗堿金屬侵蝕性好

4.氣孔率低、微孔性

 爐缸側(cè)壁砌體出鐵口以上受到鐵渣的侵蝕作用，出鐵口以下為”死鐵層”,長(zhǎng)期受鐵水浸泡，在爐缸壁與爐底的交界處受到鐵水環(huán)流的沖刷作用。因此要求砌體具有良好的抗鐵渣、鐵水侵蝕能力和抗機(jī)械沖刷能力。
   目前國(guó)內(nèi)大、中型高爐爐缸、爐底大多采用碳磚和碳磚－陶瓷杯復(fù)合爐缸兩種。
 

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