1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高爐用耐火材料的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀摘要：介紹了我國(guó)高爐用耐火材料的歷史進(jìn)程，以及高爐大型化的建設(shè)狀況，重點(diǎn)介紹了高爐各部位用耐火材料情況，我國(guó)大型高爐耐火材料應(yīng)用發(fā)展情況，高爐耐火材料的合理選用。關(guān)鍵詞： 高爐 襯火材料 歷史與現(xiàn)狀1 前言實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽化、大型化是煉鐵工業(yè)的重要目標(biāo)。隨著我國(guó)鋼鐵冶金行業(yè)節(jié)能降耗和節(jié)能減排工作的不斷深化和強(qiáng)力推進(jìn), 開(kāi)發(fā)適應(yīng)高爐長(zhǎng)壽用耐火材料是亟待解決的問(wèn)題。高爐長(zhǎng)壽是系統(tǒng)工程, 高爐本體用耐火材料在其中發(fā)揮著重要作用, 如何提高和改進(jìn)其使用性能, 是科技工作者廣為關(guān)注的問(wèn)題。2 高爐用耐火材料的發(fā)展歷史高爐本體用耐火材料經(jīng)歷了從氧化物到氧

2、化物-非氧化物復(fù)合的歷程: 氧化物是從高鋁礬土到剛玉-莫來(lái)石和剛玉等系列產(chǎn)品演變的過(guò)程; 非氧化物復(fù)合材料是從Al2O3 - C、Al2O3 - SiC、Al2O3 - SiC- Si(剛玉塑性相復(fù)合材料)等復(fù)合材料到Si3N4 - Al2O3 - Si3N4、Al2O3 -Si3N4-SiC-Si等演變的過(guò)程。其中, SiAlON-Al2O3已由棕剛玉為基體演變?yōu)橐园鍫顒傆駷榛w的新型SiAlON-Al2O3制品。近幾年, 我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的廉價(jià)且可大規(guī)模生產(chǎn)的Si3N4 和氮化硅鐵原料的出現(xiàn), 加速了Al2O3-Si3N4、Al2O3-Si3N4- SiC-Si等新一代產(chǎn)品的發(fā)展。這類

3、產(chǎn)品的顯著特點(diǎn)是不需要繁雜的氮化燒成設(shè)備, 同時(shí)克服了氮化燒成產(chǎn)品不易生產(chǎn)大型或超大型產(chǎn)品的困難, 目前已成功試用于國(guó)3000m3以上的大型高爐上。而且采用Si3N4原料生產(chǎn)的剛玉-莫來(lái)石系高爐噴補(bǔ)料, 以及用Si3N4或氮化硅鐵原料生產(chǎn)的高爐炮泥, 均在大型高爐上取得了很好的使用效果。3 國(guó)內(nèi)外高爐大型化建設(shè)狀況截止到2010 年，全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)共有1 000m3以上高爐206 座，其中4 000 m3以上高爐14 座，3 0003 999 m3以上高爐19 座，2 0002 999 m3高爐57 座，1 0001 999 m3高爐116 座。寶鋼4966m3高爐、曹妃甸5 500 m3、

4、沙鋼5 800 m3高爐的投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)在世界特大型高爐領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。目前世界上正常運(yùn)行的5 500 m3以上高爐共14座。4 高爐用耐火材料質(zhì)量水平及要求4.1 爐腹、爐身和爐腰用磚 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。這些部位的爐襯發(fā)展趨勢(shì)是，主要靠強(qiáng)化冷卻形成渣壁保持正常生產(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(jì)如武鋼1號(hào)高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(qiáng)度要高。在成渣帶以下可選用Si3N4結(jié)合SiC磚、賽隆結(jié)合剛玉磚或賽隆結(jié)

5、合SiC磚。爐身中部無(wú)渣區(qū)可選用燒成微孔鋁炭磚。爐身上部可用磷酸浸漬粘土磚。這幾種磚的強(qiáng)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。上述幾種耐火材料國(guó)內(nèi)都已能生產(chǎn)，一般不需要用進(jìn)口產(chǎn)品。 4.2 爐底、爐缸用耐火材料國(guó)內(nèi)外高爐調(diào)查研究表明，絕大多數(shù)高爐是因?yàn)闋t底、爐缸侵蝕嚴(yán)重而被迫停爐，因此，高爐設(shè)計(jì)非常重視爐底、爐缸設(shè)計(jì)的合理性，基本措施包括三個(gè)方面：一是增加死鐵層深度，以延緩爐缸鐵水流動(dòng)對(duì)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(qiáng)度、抗鐵水侵蝕；三是加強(qiáng)爐底、爐缸冷卻強(qiáng)度與冷卻效果。 4.3 陶瓷杯用磚 目前國(guó)內(nèi)高爐陶瓷杯用磚有復(fù)合

6、棕剛玉磚、剛玉莫來(lái)石磚、塑性相結(jié)合棕剛玉磚、微孔剛玉磚、法國(guó)陶瓷杯磚（澆注塊）等5種。 陶瓷杯爐缸結(jié)構(gòu)是法國(guó)首先開(kāi)發(fā)的，是一種不經(jīng)高溫?zé)傻臐沧K，我國(guó)有不少高爐采用，使用效果較好。其主要優(yōu)點(diǎn)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(guó)內(nèi)相繼開(kāi)發(fā)出多種陶瓷杯用磚，則都是高溫?zé)傻摹?國(guó)產(chǎn)微孔剛玉磚的各項(xiàng)性能均已達(dá)到或優(yōu)于法國(guó)陶瓷杯磚，其中抗?fàn)t渣侵蝕性和耐壓強(qiáng)度更好。復(fù)合棕剛玉磚的抗堿性較差。塑性相剛玉磚除微氣孔指標(biāo)較差外，其他性能都較好，是目前應(yīng)用最多的一種。剛玉莫來(lái)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。5 我國(guó)大

7、型高爐耐火材料應(yīng)用發(fā)展情況5. 1 寶鋼高爐內(nèi)襯耐火材料的配置發(fā)展情況寶鋼爐底、爐缸結(jié)構(gòu)主要考慮了以下3 種典型形式：1）大塊炭磚結(jié)構(gòu)。1#和2#高爐第一代均采用了大塊炭磚結(jié)構(gòu)，炭磚具有優(yōu)良的抗渣鐵侵蝕能力、抗堿侵蝕能力、耐鐵水滲透能力，還具有很高的導(dǎo)熱能力。本結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)高爐長(zhǎng)壽要求，但存在炭磚環(huán)裂的隱患。2）“ 陶瓷杯”結(jié)構(gòu)。1#高爐第二代爐役采用了炭磚加陶瓷杯結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)和歐洲一些高爐也采用此類型爐缸結(jié)構(gòu)。陶瓷材料的保溫性能較好，爐缸熱損失小，耐鐵水沖刷能力強(qiáng)，有利于節(jié)能、降硅和穩(wěn)定操作。但據(jù)1#高爐的使用實(shí)踐來(lái)看，陶瓷杯在23 a 內(nèi)就有局部被侵蝕的現(xiàn)象。3）熱壓小塊炭磚結(jié)構(gòu)。3#高爐采

8、用熱壓小塊炭磚結(jié)構(gòu)。小塊炭磚具有很強(qiáng)的耐鐵水滲透性和耐爐渣侵蝕性，并具有較高的導(dǎo)熱性，在爐缸、爐底容易形成穩(wěn)定的渣鐵凝固層，保護(hù)砌體不被侵蝕，有利于提高爐缸壽命。根據(jù)3#高爐的成功實(shí)踐，4#高爐選用了熱壓小塊炭磚結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)先是在水冷爐底板上以碳素澆注料找平，厚度約80 mm。此后依次是底層CBY 大塊石墨磚、2-4 層D 級(jí)大塊炭磚、兩層陶瓷墊，整體爐底厚度占爐缸直徑比例22 .0% ，屬于薄爐底型結(jié)構(gòu)。5. 2 首鋼京唐鋼鐵廠5 500 m3高爐爐體結(jié)構(gòu)狀況首鋼京唐鋼鐵廠5 500 m3高爐設(shè)計(jì)以高效、長(zhǎng)壽、低耗、穩(wěn)定順行為宗旨，高爐一代爐役設(shè)計(jì)壽命25 a，一代爐役單位爐容達(dá)到2 萬(wàn)t/

9、m3，焦比290 kg/t、煤比200 kg/t、燃料比小于490 kg/t，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居世界前列。高爐本體結(jié)構(gòu)采用無(wú)過(guò)熱冷卻體系+ 無(wú)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，爐缸爐底采用高導(dǎo)優(yōu)質(zhì)炭磚陶瓷墊綜合爐缸爐底技術(shù)，爐底爐缸“象腳狀”侵蝕區(qū)域、鐵口區(qū)域、爐腹、爐腰、爐身下部采用銅冷卻壁技術(shù)，爐體采用全冷卻結(jié)構(gòu)（包括爐喉鋼磚），爐腹以上采用磚壁一體化爐襯結(jié)構(gòu)技術(shù)，高爐冷卻采用純水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)。同時(shí)采用水冷固定測(cè)溫、爐頂高溫?cái)z像、爐身靜壓（壓差）測(cè)量、爐底在線測(cè)溫監(jiān)控、貫流式長(zhǎng)壽風(fēng)口等先進(jìn)設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)跟蹤分析高爐侵蝕運(yùn)行情況，為高爐專家系統(tǒng)提供基礎(chǔ)保障。6 高爐耐火材料的合理選用 6.1根據(jù)高

10、爐容積合理選用耐火材料 我國(guó)不同鋼鐵企業(yè)的高爐容積相差很大，從幾百m3到4000多m3，按照爐容大小選用不同等級(jí)的耐火材料是經(jīng)濟(jì)的和必要的。目前有的僅幾百m3的小高爐也從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)高檔炭磚和陶瓷杯磚，是完全不必要的。應(yīng)當(dāng)看到，近年來(lái)國(guó)產(chǎn)高爐爐襯用耐火材料已有很大進(jìn)步，例如炭磚從普通炭磚、自焙炭磚發(fā)展到半石墨炭磚、微孔炭磚、進(jìn)而到超微孔炭磚，每進(jìn)一步質(zhì)量都有大幅度提高。對(duì)于25001000m3級(jí)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剛玉磚，高爐壽命達(dá)到1015年是完全可能的。 對(duì)25004000m3級(jí)的高爐，爐缸用國(guó)產(chǎn)超微孔炭磚，爐底用普通微孔炭磚，陶瓷杯用國(guó)

11、產(chǎn)微孔剛玉磚，高爐壽命1520年，也是可能的。如果認(rèn)為國(guó)產(chǎn)超微孔炭磚剛研制出來(lái)不可靠，則可以購(gòu)買(mǎi)部分國(guó)外高檔炭磚用于爐缸砌筑。 6.2防止進(jìn)口低檔耐火材料產(chǎn)品 目前進(jìn)口炭磚性能指標(biāo)仍然只有少數(shù)幾項(xiàng)常規(guī)性能，如從某廠購(gòu)買(mǎi)的進(jìn)口D級(jí)大炭磚，僅有強(qiáng)度、氣孔率、體積密度、重?zé)湛s、導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo)，這種炭磚檢驗(yàn)結(jié)果表明，20的導(dǎo)熱系數(shù)僅5 W/m.k。導(dǎo)熱系數(shù)是炭磚的主要性能指標(biāo)，這樣指標(biāo)的炭磚遠(yuǎn)比不上國(guó)產(chǎn)半石墨炭磚，用于砌筑大型高爐顯然是欠妥的。 進(jìn)口的陶瓷杯磚也只有常規(guī)性能指標(biāo)，如強(qiáng)度、耐火度、荷重軟化點(diǎn)、化學(xué)成分等。某廠進(jìn)口的陶瓷杯磚抗?fàn)t渣侵蝕率100%，35分鐘全部被侵蝕光，與法國(guó)陶瓷杯優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品

12、相差甚遠(yuǎn)，其使用結(jié)果令人擔(dān)憂。我們認(rèn)為，對(duì)進(jìn)口高爐爐襯用耐火材料應(yīng)當(dāng)提出用我國(guó)的檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)的要求，這樣可以防止劣質(zhì)耐火材料產(chǎn)品進(jìn)口。 7 結(jié)語(yǔ)我國(guó)不同鋼鐵企業(yè)的高爐容積相差很大，應(yīng)按照爐容大小正確選用不同等級(jí)的耐火材料，幾百立方米的小高爐完全沒(méi)有必要從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)高檔炭磚和陶瓷杯磚。近年來(lái)國(guó)產(chǎn)高爐爐襯用耐火材料已有很大進(jìn)步，例如炭磚從普通炭磚、自焙炭磚發(fā)展到半石墨炭磚、微孔炭磚，進(jìn)而到超微孔炭磚，每進(jìn)一步質(zhì)量都有大幅度提高。在高爐建設(shè)中，合理地選用國(guó)產(chǎn)耐火材料滿足長(zhǎng)壽高爐的要求是可行的，這不僅降低高爐建設(shè)投資，也對(duì)促進(jìn)和發(fā)展國(guó)產(chǎn)耐火材料工業(yè)具有深遠(yuǎn)意義。參考文獻(xiàn)：1 吳金源. 寶鋼高爐用耐火材料的發(fā)展 J. 煉鐵, 1995, 14(3): 41-45.2 李庭壽, 等. 耐火材料科技進(jìn)展M. 北京: 冶金工業(yè)出版社,1997. 2735.3 陸彤. 大型高爐用耐火材料淺析. 耐火材料, 1992, 26(3): 1701744聞素坤, 桂明璽. 大型高爐用耐火材料的發(fā)展. 耐火材料, 1993,27(3): 1721745 張炳根. 不定形耐火材料的發(fā)展及應(yīng)用. 耐火材料, 1997, 31(