高炉耐火材料的选择与应用

3.2.2.1　对耐火材料的要求：

根据高炉炉衬的工作条件和破损机理，砌筑材料的质量对炉衬寿命有重要影响，故对高炉用耐火材料提出如下要求：

（1）耐火度要高。耐火度是指耐火材料开始软化的温度。它表示了耐火材料承受高温的能力。因为高炉长期在高温高压的条件下工作，要求耐火材料具有较高的耐火度，并且高温机械强度要大，具有良好的耐磨性，抗撞击能力。

（2）荷重软化点要高。将直径36mm，高50mm的试样在0.2MPa荷载下升温，当温度达到某一值时，试样高度突然降低，这个温度就是荷重软化点。荷重软化点能够更确切地评价耐火材料的性能。

（3）Fe2O3含量要低。耐火材料中的Fe2O3和SiO2在高温下相互作用生成低熔点化合物，降低耐火材料的耐火度；在高炉内，耐火材料中的Fe2O3有可能被渗入砖衬中的CO还原生成海绵铁，而海绵铁又促进CO分解产生石墨碳沉积，构成对砖衬的破坏作用。

（4）重烧收缩要小。重烧收缩也称残余收缩，是表示耐火材料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺度。

（5）气孔率要低。气孔率是耐火材料的重要指标之一，在高炉冶炼条件下，如果砖衬材料的气孔率大，则为石墨和锌沉积创造了条件，从而引起炉衬破坏。

3.2.2.2　高炉常用耐火材料

高炉常用的耐火材料主要有陶瓷质材料和炭质材料两大类。陶瓷质材料包括黏土砖、高铝砖、刚玉砖和不定形耐火材料等；炭质材料包括炭砖、石墨炭砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等。

A　黏土砖和高铝砖

黏土砖是高炉上应用最广泛的耐火砖，它有良好的物理机械性能，化学成分与炉渣相近，不易和渣起化学反应，有较好的机械性能，成本较低。

高铝砖是Al2O3含量大于48%的耐火制品，它比黏土砖有更高的耐火度和荷重软化点，由于Al2O3为中性，故抗渣性较好，但是加工困难，成本较高。高炉用黏土砖和高铝砖的理化指标见表3-7。

黏土砖和高铝砖的外形质量也非常重要，特别是精细砌筑部位更为严格，对于制品的尺寸允许偏差及外形分级规定见表3-8。有时还需再磨制加工才能合乎质量要求，所以在贮运过程中要注意保护边缘棱角，否则会降低级别甚至报废。

表3-7　高炉用黏土砖和高铝砖的理化指标

表3-8　黏土砖和高铝砖尺寸允许偏差及外形分级

B　炭质耐火材料

近代高炉逐渐大型化，冶炼强度也有所提高，炉衬热负荷加重，炭质耐火材料具有独特的性能，因此逐渐应用到高炉上来，尤其是炉缸炉底部位几乎普遍采用炭质材料，其它部位炉衬的使用量也日趋增加。炭质耐火材料主要特性如下：

（1）耐火度高，碳是不熔化物质，在3500℃升华，在高炉冶炼温度下炭质耐火材料不熔化也不软化；

（2）炭质耐火材料具有很好的抗渣性，对酸性与碱性炉渣都有很好的抗蚀能力；(www.xing528.com)

（3）具有高导热性，抵抗热震性好，可以很好地发挥冷却器的作用，有利于延长炉衬寿命；

（4）线膨胀系数小，热稳定性好；

（5）致命弱点是易氧化，对氧化性气氛抵抗能力差。一般炭质耐火材料在400℃能被气体中O2氧化，500℃时开始和H2O作用，700℃时开始和CO2作用，FeO高的炉渣也易损坏它，所以使用炭砖时都砌有保护层。碳化硅质耐火材料发生上述反应的温度要高一些。

提高炭砖的质量，主要是设法提高其抗氧化性能，进一步提高其导热性能和抗碱性能。配料中加入石墨可以大幅度提高炭砖的热导率。提高抗碱性能和抗氧化性能的有效措施是降低炭砖的气孔率和气孔直径，提高其体积密度。热压成型比熔烧炭砖气孔率低，在普通炭砖中加入沥青再次加热可以堵死气孔，降低其气孔率。各国炭砖的理化性能见表3-9。

我国生产的高炉用炭砖断面尺寸为400mm×400mm，长度为1200～3200mm，其质量要求是含碳量大于92%，灰分小于8%，耐压强度不低于25MPa，显气孔率不大于24%。

表3-9　一些国家炭砖的理化性能

用以Si3N4结合的碳化硅砖砌筑高炉炉身中下部，可以延长高炉寿命。这种砖的优点是：高温性能好（2600℃升华）、耐磨性好、抗渣性好、热膨胀小、热稳定性好、导热性好，其缺点主要是怕氧化。碳化硅砖性能见表3-10。

表3-10　日本、英国和荷兰高炉用碳化硅砖的性能

①试样于1400℃加热并保温2h、碱处理后的抗折强度（×105Pa）。

C　不定形耐火材料

不定形耐火材料主要有捣打料、喷涂料、浇注料、泥浆和填料等。按成分可分炭质不定形耐火材料和黏土质不定形耐火材料。

耐火泥浆的作用是填充砖缝，将砖黏结成整体。砖缝是高炉砌砖的薄弱环节，炉衬的侵蚀和破坏首先从砖缝开始。因此耐火泥浆的质量对炉衬寿命有直接影响。耐火泥浆的粒度组成要与炉衬的砖缝相适应。

耐火泥浆由散状耐火材料调制而成，它应该有良好的筑炉性能，即良好的流动性、可塑性及保水性，保证揉砖时间内不干涸、以达到合乎要求的砖缝厚度及砖缝内泥浆饱满。还要有良好的高温性能保证高温下性能稳定及气孔率低。

填料是两层炉衬之间的隔热物质或是黏结物质。一般冷却壁之间用15mm锈接料，冷却壁与炭砖之间用150～200mm炭捣料，冷却壁与炉壳间用15～20mm稀泥浆，炉身砌砖与炉壳之间用100～150mm水渣石棉，炉身部位炉壳内喷涂30～50mm不定形耐火材料，炉喉与钢砖之间用75～150mm耐火泥，炉底炭砖与高铝砖之间用40mm炭糊，水冷管中心线以上用150～200mm炭捣层，水冷管中心线以下用150～200mm耐热混凝土。高炉砌砖用泥浆、填料的组成配比及应用详见表3-11。

表3-11　高炉砌砖所用的泥浆和填料成分

续表3-11

不定形耐火材料与成形耐火材料相比，具有成形工艺简单、能耗低、整体性好、抗热震性强、耐剥落等优点；还可以减小炉衬厚度，改善导热性等。