高炉(本体)内衬用耐火材料的选择与高炉长寿

高炉 (本体 )内衬用耐火材料的选择与高炉长寿

石桐军

天津钢铁集团有限公司 300300

摘要：高炉长寿是系统工程，高炉本体耐火材料在其中发挥重要作用，因此，高炉内衬必须按部位选择合适的耐火材料。基于此，本文探讨了高炉(本体)内衬用耐火材料的选择与高炉长寿的措施，以供相关的工作人员参考借鉴。

关键词：耐火材料；高炉；选择；长寿

1高炉(本体)内衬各部位耐火材料的选择

1.1炉缸、炉底用耐火材料

高炉中炉缸部位特别是风口区为高炉内温度最高的区域，在l700-2000℃，炉底一般在l450-l500℃。炉缸除受高温作用外，主要是受到渣铁的化学侵蚀与冲刷，炉底主要以铁水的渗入侵蚀为主，同时也有碱和锌的侵入。炉缸风口带采用刚玉莫来石砖或棕刚玉砖、硅线石砖，在渣铁接触的热面即采用前两种砖，而在冷面选用致密炭砖或石墨化、半石墨化炭砖，也可选用小块微孔炭砖、模压炭砖。炉底选用半石墨化炭砖、微孔炭砖。铁口区工作条件恶劣，采用与炉缸用耐火材料材质相匹配的铁口组合砖砌筑，有炭质、半石墨碳一碳化硅质、莫来石质、碳化硅质等。

1.2炉腹用耐火材料

炉腹是高炉寿命最短的部位之一。容易受热辐射，熔渣侵蚀，还有碱金属侵入、碳的沉积而引起化学作用。以前多用高铝砖和刚玉砖，现在大中高炉采用烧成铝炭砖及烧成微孔铝炭砖，大型高炉多用氮化硅结合碳化硅砖或Sialon结合碳化硅砖。

1.3炉腰用耐火材料

炉料在此部位已部分还原造渣，渣侵蚀比较严重，而且温度也比较高在1400-1600℃左右。以前用黏土砖、高铝砖，现在中、小型高炉大多数用铝炭砖，甚至微孔铝炭砖。大型高炉多选用氮化硅结合碳化硅砖、反应结合碳化硅砖。也有用Sialon结合刚玉砖。对于冷却板结构内衬也有用石墨砖。

1.4炉身用耐火材料

高炉中炉身上部和中部温度较低，普遍采用低气孔率黏土砖，高密度高铝砖，磷酸浸渍黏土砖，硅线石砖及抗剥落高铝砖等。也有在炉身上部采用2-3段代衬镶砖冷却壁，即取消内衬耐火砖：代衬冷却壁使用范围甚至扩大到高炉整个上部砌体，包括炉腹、炉腰和炉身。炉身下部温度较高，有大量低熔物形成，以及灼热炉料下降磨擦碱蒸汽侵蚀等作用，过去采用优质黏土砖、高铝砖、刚玉砖等。现在大型高炉都选用氮化硅结合碳化硅砖、自结合碳化硅砖及Sialon结合碳化硅砖。由于这几种碳化硅砖价格很高。因此可以采用以特级高铝矾土熟料、鳞片状石墨及碳化硅为主要原料，酚醛树脂结合、机压成型、烧成或不烧的致密铝炭砖，特别是烧成微孔铝炭砖，价格便宜，使用效果好。

1.5炉喉和炉顶用耐火材料

高炉中炉喉一般采用水冷或无水冷钢砖，水冷钢砖与炉壳之间充填浇注料。无水冷钢砖安装时用浇注料配合施工。炉顶，即煤气封罩，一般采用金属锚固件加耐磨的耐火喷涂料。

2高炉(本体)内衬不定形耐火材料

2.1耐火泥浆

耐火泥浆一般可以分为三种：第一种是砌筑炉体的耐火砖接缝黏结和修补。一般是采用与耐火砖同材质的泥浆，如砌筑炭砖，就用炭质泥浆或含碳泥浆，砌筑黏土砖，采用以黏土熟料为基料，软质黏土或化学结合剂结合的黏土质耐火泥浆，还有砌筑隔热耐火制品的隔热耐火泥浆，砌筑碳化硅砖的碳化硅质耐火泥浆等：第二种是压入泥浆，采用挤压方法施工的膏状或浆状不定形耐火材料，它是由耐火粉料、结合剂和外加剂组成，使用时加水或液态结合剂调和后可用，压入高炉不同部位有不同材质的压入料，如高铝质压入料多用于炉身，炉缸、炉腹等部位多用于炭质压入料：第三种是以可压缩的耐火原料为主的缓冲耐火泥浆，缓冲耐火砖砌筑体的热膨胀应力等。

2.2浇注料

有些小高炉内衬采用浇注料，特别是日本钢管公司一座高炉在炉身上部使用高密度浇注料。经过6年后发现少量剥落。目前高炉使用黏土质浇注料用于炉喉钢砖内部空腔及钢砖与炉壳之间空隙，高铝质自流浇注料用于炉喉钢砖后面、炉顶撒水管及短管。

2.3喷涂料

炉腹中部以上内侧等部位均可采用喷涂料。提高高炉炉体的气密性，保护炉体钢壳。

2.4灌浆料

灌浆料主要是堵缝、造衬，快速修补。

2.5捣打料

有炭质捣打料和碳化硅质捣打料，用于炭砖与冷却壁之间的缝隙填充，以及大型高炉炉底水冷管中心线以上及炉底封板以上找平层的填充捣打。还适用于炉缸冷却壁间填充及炉缸以上冷却壁间填充捣打。

2.6耐火缓冲料

耐火缓冲料主要是缓冲膨胀应力，高炉缓冲料有高铝质和碳化硅质缓冲料。

2.7炭素填料

炭素填料是指以冶金焦、煤焦油等炭素材料为主构成的填料。主要用于填充高炉炉底板下面，冷却板两侧等部位。

2.8铁屑填料

铁屑填料是以黏土熟料细粉、铁屑、铁精矿粉为主要原料。加入超微粉，用水泥或水玻璃结合的散状料体。用于填充冷却壁之间、炉喉钢砖之间，以及冷却壁与出铁口框，风，渣口大套之间的缝隙。

3提升高炉长寿的措施

在高炉内衬中，水冷是其寿命稳定的重要因素。一般炉身下部采用水冷作业，即铸铁冷却壁+耐火砖结构，使高炉寿命达8-10a，国外有些高炉寿命达20a以上。近年来又开发了高炉炉身水冷模块技术，其技术核心是用厚壁无缝钢管弯制成型直接焊接在炉壁上，再浇注耐火浇注料而成为冷却模块，应用在高炉中部和炉腰等部位，替代传统的铸铁壁+耐火砖结构，可以缩短工期10d以上，又减少了施工量，总费用降低50％以上。并且保证有相当长的使用寿命。高炉寿命很大程度取决于炉体冷却系统的冷却效率，效率高低主要是炉墙的热面温度能否稳定的降到化学侵蚀及机械破损临界温度以下，形成稳定的渣壁。在软熔带形成的高热负荷区和炉缸、铁口异常侵蚀区，炉墙热面温度降到渣铁凝固点以下尤为重要，因为是高炉寿命的关键部位。而延长炉身下部寿命的根本办法在于采用“无过热”的冷却设备——铜冷却壁，笔者认为铜冷却壁可以承受500kW/m²的热流强度冲击。炉腹、炉腰及炉身下部采用铜冷却壁是高炉实现长寿行之有效的措施。由于铜热导率一般在240-340W／(m·K)。在综合导热能力上，铜壁比球墨铸铁壁高40倍以上，铜壁表面在数十分钟内形成渣壁。渣壁热导率低，而使炭砖热端温度降低。将铁水凝固线温度(1150℃)乃至碱金属和锌对高炉内衬起破坏作用的温度(800-1030℃)向热端推移，形成稳定的凝结保护层，延长高炉寿命。目前，国内外大型高炉比较流行铜冷却壁，加薄壁炉衬的结构形式。这样不仅达到人工造衬的保护目的，还可以加大死铁层厚度，由2.0mm左右增大到3.5mm左右。目前炉缸部位使用高导热耐火砖和强化冷却效果已在新建高炉长寿技术中推广应用，并取得了良好的效果。

4结束语

高炉长寿是人们一贯追求的目标。高炉炉体从上到下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸及炉底等部位。炉底温度一般在l450-1500℃，炉缸部位温度特别是风口区在1700-2000℃，炉腹、炉腰区域温度在1400-1600℃，炉身上部温度在600-800℃。各部位砌体分别承受：炉料下降的磨损和撞击等机械作用、上升煤气含有粉尘的冲刷和磨损作用、碱金属氧化物蒸汽的侵蚀作用、燃烧煤气分解时的炭素沉积作用、熔融金属和炉渣的化学侵蚀和渗入作用。其损坏机制因部位不同而异，选用的耐火材料材质亦应有相应的变化，应该按高炉部位的使用条件选择相对应的品质及档次的耐火材料，如此才能有效的保证高炉长寿。

参考文献

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[2]敖爱国，梁利生，贾海宁.宝钢湛江钢铁高炉系统耐火材料的配置与应用[J].耐火材料，2018，52(1):35-39.