RH真空處理三脫轉爐煉鋼燒結煉焦煉鐵采礦選礦LF精煉爐爐外精煉ANS-OB喂絲VD真空脫氣連鑄軋鋼鋼鐵制造工藝流程概要1題目：煉鐵用耐火材料23

目前，世界鋼鐵工業發達國家相繼完成了高爐的大型化，據不完全統計，爐容大于2000m3的高爐已有100多座，大于4000m3的大型高爐有30多座，其中5000m3以上的超大型高爐有4座。其中我國上海寶山鋼鐵有限公司也分別于1985年和1991年建成投產了爐容為4063m3的1號和2號大型高爐。

為了適應現代化大型高爐日益苛刻的操作條件，必須選用合適的耐火材料，才能達到高產長壽之目的。一、煉鐵用耐火材料451.高爐爐襯用耐火材料1.1高爐高爐爐體由上而下依次為：爐喉＜400℃爐身400～1100℃爐腰1100～1200℃爐腹1200～1450℃爐缸爐底1450～1600℃61.2爐料在爐內分布區域相對運動熱交換反應固相區（塊狀帶）固體爐料下降煤氣上升上升煤氣對固體爐料進行加熱和干燥間接還原、氣化反應，碳酸鹽分解、部分直接還原軟融區（軟融帶）煤氣通過焦炭夾層礦石軟化、半熔、煤氣對半熔層進行傳熱直接還原、滲碳滴落區（滴下帶）固體焦炭下降，向回旋區供給焦炭，熔鐵下流上升的煤氣與滴下的溶渣、鐵水及焦炭進行交換合金元素還原、脫硫、滲碳、直接還原回旋區（燃燒帶）鼓風使焦炭回旋運動焦炭燃燒放熱，產生高溫煤氣燃燒反應、部分再氧化爐缸區（渣鐵帶）鐵水和溶渣的儲存上部的熱輻射、渣鐵與焦炭的換熱最終的精煉、渣鐵間的還原、脫硫、滲碳71.3高爐爐襯用耐火材料的使用條件：（1）在高溫下，不熔化、不軟化、不揮發；（2）應具有能在高溫、高壓條件下保持爐體結構完整的強度；（3）耐熱沖擊，耐磨損；（4）具有對鐵水、爐渣和爐內煤氣等的化學穩定性；（5）具有適當的導熱率，同時又不影響冷卻效果。

高爐用耐火材料，必須對爐內的反應保持物理和化學上的穩定，應達到以下要求：1.4高爐爐襯各部位用耐火材料

高爐在運行其間，爐體內部發生著復雜的物理化學變化，這種復雜的物理化學變化，要求高爐爐內不同的部位使用不同種類、不同材質的耐火材料。8部位材質爐喉高鋁磚爐身上部粘土磚爐腰剛玉磚＋粘土磚爐身下部剛玉磚＋粘土磚爐腹剛玉磚＋粘土磚爐缸碳磚及其保護層(高鋁磚)爐底周邊下部為碳磚；上部為粘土磚；最底層為碳化硅磚91.4.1爐身上部和中部用耐火材料

在爐身上部，其破損機理主要是由于布料和爐料下降帶來的機械沖刷和隨上升氣流而在此聚集的堿金屬所產生的化學侵蝕。在爐身中部，主要是熱震破壞，其次是機械沖刷。爐身上部和中部侵蝕原因及對耐材的基本性能要求：侵蝕原因對耐火材料的性能要求1.爐料下降過程的磨損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。10高爐爐身過去一直使用高級粘土磚、高鋁磚、莫來石磚、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。按照結合方式，碳化硅磚分別為β－SiC結合、Si3N4結合、Sialon結合和Sialon-Si3N4結合的碳化硅磚。70年代末期和80年代初期，主要使用β－SiC結合的碳化硅磚，在80年代末期，除日本之外，Si3N4結合、Sialon結合和Sialon-Si3N4結合的碳化硅磚用量已占67.5％。自1986年以來，世界各國已有數十座高爐使用了Sialon-Si3N4結合的碳化硅磚。由于碳化硅磚具有良好的導熱性、高溫強度、耐磨損性、抗堿性和抗化學侵蝕性等，因此包括日本、美國、德國、英國等國家的高爐采用碳化硅磚都取得了很好的使用效果。例如，美國高爐壽命從原來的3～4年提高到8～10年，日本大型高爐爐齡由過去的5～6年提高到10～15年以上。111.4.2爐身下部、爐腰爐身下部、爐腰侵蝕原因及對耐材的基本性能要求：侵蝕原因對耐火材料的性能要求1.初成渣的化學侵蝕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.高溫強度高4.導熱性好5.氣孔率低6.熱震穩定性好

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高堿度初渣的化學侵蝕，更為嚴重的是堿金屬和鋅蒸氣造成的碳素沉積和化學反應，使耐火磚組織脆化，失去強度。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。121.4.3爐腹用耐火材料爐腹帶侵蝕原因及對耐材的基本性能要求：侵蝕原因對耐火材料的性能要求1.高溫煤氣流的沖刷磨損2.熱態渣鐵的沖刷侵蝕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結合Si3N4磚等。

131.4.4風口區用耐火材料

風口區是高爐中溫度最高的區域，由于高爐的大型化和強化冶煉技術的應用，致使大型高爐熱風口頂部的熱風動能很高；風口前的燃燒區域處于氣流和焦炭的強烈擾動之中，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FeO很高的初渣的化學侵蝕。另外現代的噴吹煤粉操作也無疑增加了對風口區磚襯耐火材料的侵害。風口區侵蝕原因及對耐材的基本性能要求：侵蝕原因對耐火材料的性能要求1.液態渣鐵的沖刷侵蝕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.導熱性好14風口區耐火材料：

以前高爐風口區使用粘土磚、高鋁磚、硅線石磚等。近年來,在大、中型高爐的風口帶普遍使用大的機壓碳塊砌筑，把風口周圍砌筑成對稱的扇形體。但考慮到由于堿性物質作用引起的變形，以改用抗堿性更好的碳化硅磚，如β－SiC結合、Si3N4結合和Sialon結合SiC磚。

小型高爐現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層以便防止烘爐和開爐過程中炭素材料的氧化。151.4.5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、堵鐵口時受開口機和泥炮的外力影響。因此鐵口部位用耐火材料要求抗爐渣、鐵水侵蝕性好、抗機械應力的能力好.同時砌筑結構上要穩定.采用大塊異型組合磚，砌筑時磚縫上下錯開，每個單體相互咬合，使來自爐內外的壓力向四周傳遞，從而使整個砌體受力保持平衡，達到砌體密封性和穩定性的目的。鐵口區耐火材料：過去高爐鐵口區主要使用粘土磚、高鋁磚、硅線石磚和大型碳磚，但這兩種磚的抗堿性、耐剝落性和抗渣性不好，大型碳磚抗氧化性不好。而近期開發出ASC磚，使用結果表明其性能較好。161.4.6爐缸、爐底用耐火材料內襯侵蝕原因及對耐材的基本性能要求：侵蝕原因對耐火材料的性能要求1.鐵水溶蝕及滲透2.鐵水環流沖刷侵蝕3.堿金屬侵蝕4.熱應力的破壞作用1.抗鐵水溶蝕、抗滲透性好2.導熱性好3.抗堿金屬侵蝕性好4.氣孔率低、微孔性爐缸側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”,長期受鐵水侵泡，在爐缸壁與爐底的交界處受到鐵水環流的沖刷作用。因此要求砌體具有良好的抗鐵渣、鐵水侵蝕能力和抗機械沖刷能力。目前國內大、中型高爐爐缸、爐底大多采用碳磚和碳磚－陶瓷杯復合爐缸兩種。

17陶瓷杯結構示意圖18高爐用陶瓷杯：

最早的陶瓷杯結構是法國沙佛埃公司的爐缸結構。其特點如下：在大塊碳磚的內側砌筑剛玉-莫來石質的陶瓷杯；陶瓷杯與碳塊之間留有一定的間隙，用特制的搗打料充填，防止因材質的熱膨脹率不同而造成結構應力的破壞。

我國有多座大型高爐應用了法國的陶瓷杯，使用效果普遍較好，爐底爐缸壽命大幅提高，在高冶煉強度的條件下，爐底爐缸能確保安全生產。

國產陶瓷杯磚如剛玉－莫來石磚，剛玉－碳化硅磚等在大、中型高爐上廣泛應用。由于陶瓷杯磚的導熱系數較小，對爐缸的鐵水有保溫作用，因而能提高鐵水溫度，降低能源消耗，爐缸熱量充足又利于高爐操作，提高鐵水質量，因而陶瓷杯爐底爐缸結構得到迅速發展。192.熱風爐用耐火材料

我國現有的熱風爐有四種形式：內燃式、外燃式、頂燃式和球式熱風爐四種。內燃式熱風爐外燃式熱風爐外燃式熱風爐優點：蓄熱室內溫度場分布較均勻，燃燒室內燃燒完全，結構穩定。缺點：投資高、結構復雜和占地面積大。20212.1熱風爐爐襯損毀機理

因熱風爐的結構形式不同，爐襯的損毀情況也有差異，內燃式熱風爐最易損毀的部位是隔墻；外燃式熱風爐則是燃燒室和蓄熱室的拱頂、兩室的連接過橋等高溫部位。綜合損毀原因主要有以下三點：1.熱應力作用：熱風爐爐襯和格子磚總是處于冷熱交變的狀態下，受熱應力的作用，極易導致砌體產生裂紋、剝落、砌體松動等破壞因素。2.化學侵蝕：由于燃燒用煤氣和助燃空氣中含有一定的堿性氧化物（氧化鐵、氧化鋅等），這些物質附著于砌體表面，并向內部滲透，逐漸與耐火材料發生化學反應，生成低熔物，降低了耐火材料的高溫使用性能。223.機械載荷作用：熱風爐是一種較高的建筑物，蓄熱室下部格子磚承受的最大載荷高達0.8MPa，燃燒室下部襯體承受的載荷也達0.5MPa左右，在長期受熱的狀態下，砌體容易產生較大的收縮變形，嚴重影響熱風爐的使用壽命。2.2熱風爐耐火材料的性能要求荷重軟化點高耐沖擊性好氣孔率低體積密度大抗蠕變性能好主要用耐火材料有：粘土磚、高鋁磚、低蠕變高鋁磚、硅磚等。23243.高爐出鐵場用耐火材料25渣鐵分離263.1高爐出鐵口炮泥炮泥是用來封堵出鐵口的耐火材料，目前多采用Al2O3－SiC－C質材料，可分為有水炮泥和無水炮泥兩大類。其中有水炮泥一般用于頂壓較低、強化冶煉程度不高的中小型高爐；無水炮泥則應用于頂壓較高、強化冶煉程度較高的大中型高爐。

27出鐵口炮泥：隨著高爐尺寸和容積的增大，炮泥用耐火材料已由硅質變為高鋁質；同樣根據環境的要求，對傳統的煤焦油成分進行改進，以改善爐前作業環境；為了延長出鐵時間，研究者在炮泥中加入SiC、Si3N4和含有特殊碳的礬土質、電熔氧化鋁質原料，使炮泥的性能有了極大的提高，出鐵條件穩定，出鐵口不擴徑，鐵水和渣穩定流出，但是由于強度高，需要特殊的鉆孔機才能打開鐵孔。爐缸出鐵口283.2高爐出鐵溝用耐火材料2950年代，一般中、小型高爐的出鐵溝均采用焦炭、粘土熟料，以焦油作結合劑的廉價材料，人工搗打成型。從60年代起，為適應高生產能力大容積高爐的生產條件，開發出了Al2O3-SiC-C質耐火材料，因其優異的耐剝落和耐侵蝕性，顯著提高了出鐵溝的使用壽命。70年代后期以來，隨著Al2O3-SiC-C質澆注料的研制成功和投入使用，出鐵溝用耐火材料得到廣泛研究，開發出了品質各異、適應性不同的多種不定形耐火材料。30高爐出鐵溝用耐火材料的性能和施工要求高爐出鐵溝用耐火材料的性能和施工要求出鐵主溝由于要經受周期性熔渣的化學侵蝕，爐前溝襯耐火材料必須滿足如下性能要求：1、具有優良的高溫耐磨性，耐鐵水和熔渣的沖刷能力強；2、耐熔渣的化學侵蝕性和滲透性好，抗氧化能力強；3、具有良好的抗熱震性，抗爆裂性好；4、重燒體積變化小，具有致密均勻的結構。根據高爐爐前施工和使用要求，出鐵溝耐火材料必須滿足以下條件：1、良好的施工性能，可進行快速施工；2、能夠快速烘烤而不炸裂；3、在施工和使用中不產生有害氣體，不污染環境；4、不粘渣鐵，便于解體和修補。31

耐火材料的發展與應用技術緊密相關。早在90年代，泵送澆注施工作業是最重大的改進。泵送澆注既可節省時間，又便于施工。在大型高爐出鐵場，渣溝通常澆注兩層耐火材料。永久襯用鋁礬土基Al2O3-SiC-C質澆注料，工作襯用電熔Al2O3-SiC-C質澆注料。為了便于維護出鐵溝用耐火材料，近期開發的采用噴涂/噴補技術施工的耐火材料性能良好，施工更加方便。該項技術既適用于低水泥澆注料，又適用于凝膠結合澆注料，大大提高了出鐵溝的使用性能。3