1、耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心1耐火材料在钢铁冶金中的应用耐火材料在钢铁冶金中的应用(第二部分第二部分)耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心2钢铁冶炼过程钢铁冶炼过程炼铁用耐火材料炼铁用耐火材料铁水预处理用耐火材料铁水预处理用耐火材料转炉炼钢用耐火材料转炉炼钢用耐火材料电炉炼钢用耐火材料电炉炼钢用耐火材料炉外精炼用耐火材料炉外精炼用耐火材料连铸用耐火材料连铸用耐火材料主要内容主要内容耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心3RH真空处理真空处理三脱三脱转炉
2、炼钢转炉炼钢烧结烧结炼焦炼焦炼铁炼铁采采矿矿选矿选矿LF精炼炉精炼炉炉外精炼炉外精炼ANS-OB喂丝喂丝VD真空脱气真空脱气连铸连铸轧钢轧钢一、一、钢铁冶炼过程钢铁冶炼过程耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心4二、炼铁用耐火材料二、炼铁用耐火材料 2.1 高炉本体用耐火材料高炉本体用耐火材料 2.2 高炉炉前用耐火材料高炉炉前用耐火材料耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心5炼铁过程工艺示意图炼铁过程工艺示意图铁水铁水Hotmetal其他设备其他设备Other equipment热风炉热风炉Hot sto
3、ve焦炉焦炉coke battery高炉高炉Blast furnace炼铁主体设备示意图炼铁主体设备示意图高炉是生产铁水的主要工具。从高炉是生产铁水的主要工具。从1709年，年，Abraham Darby首次在首次在英国实施以焦炭为原料还原铁矿石炼铁以来，历经英国实施以焦炭为原料还原铁矿石炼铁以来，历经300多年时间多年时间的发展，特别是近半个世纪，高炉冶炼采用了一系列的新技术和的发展，特别是近半个世纪，高炉冶炼采用了一系列的新技术和新装备，实现了高炉冶炼的智能化管理，形成了现代化的高炉新装备，实现了高炉冶炼的智能化管理，形成了现代化的高炉-热风炉热风炉-焦炉焦炉-烧结机四位一体的炼铁工艺。烧
4、结机四位一体的炼铁工艺。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心6耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心7高炉发展简介高炉发展简介 目前，世界钢铁工业发达国家相继完成了高炉的大型化，据目前，世界钢铁工业发达国家相继完成了高炉的大型化，据不完全统计，炉容大于不完全统计，炉容大于2000m3的高炉已有的高炉已有100多座，大于多座，大于4000m3的大型高炉有的大型高炉有40多座，其中多座，其中5000m3以上的超大型高以上的超大型高炉有炉有10多座。多座。我国现有高炉我国现有高炉1370余座，大于余座，大于10
5、00m3的高炉有的高炉有227座，座，4000m3的高炉我国约有的高炉我国约有20座，占到了世界座，占到了世界4000m3高炉的高炉的40%，其中我国上海宝山钢铁有限公司引进的日本技术，也，其中我国上海宝山钢铁有限公司引进的日本技术，也分别于分别于1985年和年和1991年建成投产了炉容为年建成投产了炉容为4063m3的的1号和号和2号大型高炉，最大的沙钢号大型高炉，最大的沙钢5800 m3的高炉于的高炉于2009年投产，首年投产，首钢京唐钢铁公司钢京唐钢铁公司5500 m3的的1号和号和2号大型高炉也分别于号大型高炉也分别于2009年和年和2010年投产，该高炉采用年投产，该高炉采用68项自
6、主创新和集成创新的先项自主创新和集成创新的先进技术，打破了国外公司对特大型高炉技术的垄断，投产以进技术，打破了国外公司对特大型高炉技术的垄断，投产以来，高炉利用系数、送风温度、燃料比、焦比等主要技术均来，高炉利用系数、送风温度、燃料比、焦比等主要技术均达到了国际领先水平。达到了国际领先水平。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心8高炉的主要原料和产品高炉的主要原料和产品l 主要原料主要原料 含铁原料含铁原料，如：铁矿石、烧结矿、球团矿、碎铁，并以人造，如：铁矿石、烧结矿、球团矿、碎铁，并以人造富矿为主；富矿为主；提供热量的燃料提供热量的燃料，如冶金焦
7、炭、喷吹煤粉或重油、天然气；，如冶金焦炭、喷吹煤粉或重油、天然气；少量的熔剂材料少量的熔剂材料，如石灰石、白云石、硅石等；，如石灰石、白云石、硅石等；热风热风。l 主要产品主要产品 生铁生铁，其中，其中8090%为炼钢生铁，它是由铁（为炼钢生铁，它是由铁（94%）碳（）碳（4%）和少量杂质（）和少量杂质（Si，Mn，P，S）组成。有）组成。有1015%含硅较高含硅较高的铸造生铁，的铸造生铁，5%左右少量铁合金。左右少量铁合金。煤气煤气是高炉在生产生铁过程中生产的副产品之一，可以给本是高炉在生产生铁过程中生产的副产品之一，可以给本厂或其他厂厂或其他厂(作为气体燃料，也可以用来发电或城市取暖。作为
8、气体燃料，也可以用来发电或城市取暖。)高炉炉渣高炉炉渣，它是制造水泥的好原料。，它是制造水泥的好原料。少量少量高炉粉尘高炉粉尘，也可以送烧结厂使用。，也可以送烧结厂使用。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心92.1.1 高高 炉结构简介炉结构简介高炉炉体由上而下依次为：高炉炉体由上而下依次为：炉喉炉喉 400炉身炉身 4001100 炉腰炉腰 11001200 炉腹炉腹 12001450 炉缸炉缸炉底炉底 14501600 2.1 高炉炉衬用耐火材料高炉炉衬用耐火材料耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心
9、102.1.2 炉料在炉内分布炉料在炉内分布耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心112.1.2 炉料在炉内分布（状态）炉料在炉内分布（状态）固相区（块状带）固相区（块状带）：固体：固体料软融前所分布的区域。料软融前所分布的区域。软融区（软融带）软融区（软融带）：炉料：炉料从开始软化到融化所占的从开始软化到融化所占的区域。区域。滴落区（滴下带）：渣、铁滴落区（滴下带）：渣、铁全部融化滴落，穿过焦炭全部融化滴落，穿过焦炭层下到炉缸的区域。层下到炉缸的区域。回旋区（燃烧带）：风口前回旋区（燃烧带）：风口前燃料燃烧的区域。燃料燃烧的区域。炉缸区（渣铁带）：
10、形成最炉缸区（渣铁带）：形成最终渣、铁的区域。终渣、铁的区域。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心12耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心132.1.2 炉料在炉内分布炉料在炉内分布区区 域域相对运动相对运动热交换热交换反反 应应固相区固相区（块状带（块状带）固体炉料下降固体炉料下降煤气上升煤气上升上升煤气对固体上升煤气对固体炉料进行加热和炉料进行加热和干燥干燥间接还原、气间接还原、气化反应，碳酸化反应，碳酸盐分解、部分盐分解、部分直接还原直接还原软融区软融区（软融带（软融带）煤气通过焦炭煤气通过焦炭夹
11、层夹层矿石软化、半熔矿石软化、半熔、煤气对半熔层、煤气对半熔层进行传热进行传热直接还原、渗直接还原、渗碳碳滴落区滴落区（滴下带（滴下带）固体焦炭下降固体焦炭下降，向回旋区供，向回旋区供给焦炭，熔铁给焦炭，熔铁下流下流上升的煤气与滴上升的煤气与滴下的溶渣、铁水下的溶渣、铁水及焦炭进行交换及焦炭进行交换合金元素还原合金元素还原、脱硫、渗碳、脱硫、渗碳、直接还原、直接还原回旋区回旋区（燃烧带（燃烧带）鼓风使焦炭回鼓风使焦炭回旋运动旋运动焦炭燃烧放热，焦炭燃烧放热，产生高温煤气产生高温煤气燃烧反应、部燃烧反应、部分再氧化分再氧化炉缸区（炉缸区（渣铁带）渣铁带）铁水和溶渣的铁水和溶渣的储存储存上部的热辐
12、射、上部的热辐射、渣铁与焦炭的换渣铁与焦炭的换热热最终的精炼、最终的精炼、渣铁间的还原渣铁间的还原、脱硫、渗碳、脱硫、渗碳耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心142.1.3 高炉炉衬用耐火材料的使用条件：高炉炉衬用耐火材料的使用条件：（1 1）在高温下，不熔化、不软化、不挥发；）在高温下，不熔化、不软化、不挥发；（2 2）应具有能在高温、高压条件下保持炉体结构完整）应具有能在高温、高压条件下保持炉体结构完整的强度；的强度；（3 3）耐热冲击，耐磨损；）耐热冲击，耐磨损；（4 4）具有对铁水、炉渣和炉内煤气等的化学稳定性；）具有对铁水、炉渣和炉内煤气
13、等的化学稳定性；（5 5）具有适当的导热率，同时又不影响冷却效果。）具有适当的导热率，同时又不影响冷却效果。高炉用耐火材料，必须对炉内的反应保持物理和高炉用耐火材料，必须对炉内的反应保持物理和化学上的稳定，应达到以下要求：化学上的稳定，应达到以下要求：耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心152.1.4我国高炉用耐火材料的发展我国高炉用耐火材料的发展 中国高炉用耐火材料的发展：中国高炉用耐火材料的发展：1、二十世纪八十年代以前：、二十世纪八十年代以前：Al2O3-SiO2系统天然矾土为主；系统天然矾土为主；Si3N4-SiC开始试用。开始试用。2、二
14、十世纪九十年代：、二十世纪九十年代：Al2O3-C Al2O3-SiC Si3N4-SiC开始使用开始使用3、2000年以后：年以后：Sialon系列产品全面实现工业化生产系列产品全面实现工业化生产 中国高炉用耐火材料技术路线中国高炉用耐火材料技术路线：1、二十世纪八十年代随着宝钢全面建设开展。所有材料均来自日本二十世纪八十年代随着宝钢全面建设开展。所有材料均来自日本。2、二十世纪九十年代宝钢高炉大修时逐步采用欧洲的技术路线：即二十世纪九十年代宝钢高炉大修时逐步采用欧洲的技术路线：即强调耐火材料也非常重视水冷技术。强调耐火材料也非常重视水冷技术。3、日本高炉用耐火材料也在改进，但步伐不大，至今
15、仍很少用日本高炉用耐火材料也在改进，但步伐不大，至今仍很少用Sialon系统材料，但非常重视水冷技术。高炉寿命很长系统材料，但非常重视水冷技术。高炉寿命很长超过超过20年。年。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心16 宝钢高炉本体用耐火材料历程对中国大型高炉用耐火材宝钢高炉本体用耐火材料历程对中国大型高炉用耐火材料发展具有重要意义料发展具有重要意义 宝钢初期耐火材料全部是日本体系。我们通过引进宝钢初期耐火材料全部是日本体系。我们通过引进消消化化吸收吸收国产化的历程、实现一次跨越。国产化的历程、实现一次跨越。从日本模式转变到欧洲模式、材质也出现重大变
16、化、走从日本模式转变到欧洲模式、材质也出现重大变化、走向赛隆结合碳化硅和赛隆结合刚玉体系。向赛隆结合碳化硅和赛隆结合刚玉体系。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心17耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心182.1.5.1 炉身上部和中部用耐火材料炉身上部和中部用耐火材料炉身上部和中部是高炉布料和块状物料下降的位置。炉身上部和中部是高炉布料和块状物料下降的位置。炉身的上部的温度较低，其破损的主要原因是由于炉身的上部的温度较低，其破损的主要原因是由于布料和炉料下降带来的机械冲刷和随上升气流而在此布料和炉料下
17、降带来的机械冲刷和随上升气流而在此聚集的碱金属所产生的化学侵蚀。聚集的碱金属所产生的化学侵蚀。在炉身中部，温度较高，温度波动较大，同时有些在炉身中部，温度较高，温度波动较大，同时有些物料在此处被加热分解，因此耐火材料损毁的主要原物料在此处被加热分解，因此耐火材料损毁的主要原因是炉内温度变化产生的热震破坏作用，其次是物料因是炉内温度变化产生的热震破坏作用，其次是物料下降和炉气上升的机械冲刷。下降和炉气上升的机械冲刷。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心19l 耐火材料的要求应该是：砌筑的炉衬材料应该具耐火材料的要求应该是：砌筑的炉衬材料应该具有较低的
18、气孔率，较高的机械强度，能够抵抗炉有较低的气孔率，较高的机械强度，能够抵抗炉料和上升气流的磨损，同时还应具有良好的抗碱料和上升气流的磨损，同时还应具有良好的抗碱金属侵蚀性，并且要求材料中的氧化铁含量要低金属侵蚀性，并且要求材料中的氧化铁含量要低，避免与上升的，避免与上升的CO发生氧化还原反应。发生氧化还原反应。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心20炉身上部和中部侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：炉身上部和中部侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因侵蚀原因对耐火材料的性能要求对耐火材料的性能要求1.炉料下降过程的磨损炉料下降过程的磨损2.上升煤气流
19、的冲刷磨损上升煤气流的冲刷磨损3.碱金属侵蚀破坏碱金属侵蚀破坏4.CO的破坏作用的破坏作用1.耐压强度高耐压强度高2.抗碱金属侵蚀性好抗碱金属侵蚀性好3.气孔率低气孔率低4.氧化铁含量低氧化铁含量低选用耐火材料选用耐火材料：粘土砖、硅线石砖、致密粘土砖、高粘土砖、硅线石砖、致密粘土砖、高铝砖等。铝砖等。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心212.1.5.2炉身下部、炉腰炉身下部、炉腰炉身下部、炉腰侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：炉身下部、炉腰侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因侵蚀原因对耐火材料的性能要求对耐火材料的性能要求1.初成渣的化学侵蚀
20、初成渣的化学侵蚀2.下降炉料的磨损下降炉料的磨损3.金属铁的侵蚀破坏金属铁的侵蚀破坏4.煤气流冲刷磨损煤气流冲刷磨损5.热震引起的剥落热震引起的剥落1.抗渣侵蚀性好抗渣侵蚀性好2.抗碱金属侵蚀性好抗碱金属侵蚀性好3.高温强度高高温强度高4.导热性好导热性好5.气孔率低气孔率低6.热震稳定性好热震稳定性好 从炉身下部到炉腰的砖衬，既受下降炉料和上升高温高从炉身下部到炉腰的砖衬，既受下降炉料和上升高温高压煤气的磨损以及温度变化引起的热冲击，又受高压煤气的磨损以及温度变化引起的热冲击，又受高FeO高高碱度初渣的化学侵蚀，更为严重的是碱金属和锌蒸气造成碱度初渣的化学侵蚀，更为严重的是碱金属和锌蒸气造成
21、的碳素沉积和化学反应，使耐火砖组织脆化，失去强度。的碳素沉积和化学反应，使耐火砖组织脆化，失去强度。选用耐火材料：选用耐火材料：铝炭砖、碳化硅砖、热压小块炭砖及半石墨化炭铝炭砖、碳化硅砖、热压小块炭砖及半石墨化炭-碳化硅砖等。碳化硅砖等。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心222.1.5.3 炉腹用耐火材料炉腹用耐火材料炉腹带侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：炉腹带侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因侵蚀原因对耐火材料的性能要求对耐火材料的性能要求1.1.高温煤气流的冲刷磨损高温煤气流的冲刷磨损2.2.热态渣铁的冲刷侵蚀热态渣铁的冲刷侵蚀3.3.
22、高温破坏作用高温破坏作用1.1.高温耐磨性好高温耐磨性好2.2.抗渣铁侵蚀性好抗渣铁侵蚀性好3.3.导热性好导热性好炉腹处砌砖在冷却壁的冷却作用下，可以形成渣皮，起保护作用。炉腹处砌砖在冷却壁的冷却作用下，可以形成渣皮，起保护作用。选用耐火材料：选用耐火材料：铝碳砖、半石墨化碳铝碳砖、半石墨化碳-碳化硅砖、热压小块碳砖、碳化硅砖、热压小块碳砖、Si3N4结合结合SiC砖等砖等。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心232.1.5.4 炉缸、炉底用耐火材料炉缸、炉底用耐火材料内衬侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：内衬侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原
23、因侵蚀原因对耐火材料的性能要求对耐火材料的性能要求1.1.铁水溶蚀及渗透铁水溶蚀及渗透2.2.铁水环流冲刷侵蚀铁水环流冲刷侵蚀3.3.碱金属侵蚀碱金属侵蚀4.4.热应力的破坏作用热应力的破坏作用1.1.抗铁水溶蚀、抗渗透性好抗铁水溶蚀、抗渗透性好2.2.导热性好导热性好3.3.抗碱金属侵蚀性好抗碱金属侵蚀性好4.4.气孔率低、微孔性气孔率低、微孔性 炉缸侧壁砌体出铁口以上受到铁渣的侵蚀作用，出铁口以炉缸侧壁砌体出铁口以上受到铁渣的侵蚀作用，出铁口以下为下为”死铁层死铁层”,”,长期受铁水侵泡，在炉缸壁与炉底的交界处受长期受铁水侵泡，在炉缸壁与炉底的交界处受到铁水环流的冲刷作用。因此要求砌体具有
24、良好的抗铁渣、铁到铁水环流的冲刷作用。因此要求砌体具有良好的抗铁渣、铁水侵蚀能力和抗机械冲刷能力。水侵蚀能力和抗机械冲刷能力。目前国内大、中型高炉炉缸、炉底大多采用目前国内大、中型高炉炉缸、炉底大多采用碳砖和碳砖碳砖和碳砖陶瓷杯复合炉缸陶瓷杯复合炉缸两种。两种。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心24陶瓷杯结构示意图陶瓷杯结构示意图陶瓷杯是指在炉底碳砖的基础上铺砌一层莫来石砖后再铺一层陶瓷杯是指在炉底碳砖的基础上铺砌一层莫来石砖后再铺一层粘土砖，或铺砌两层莫来石砖，炉缸内砌筑刚玉质大型预制块粘土砖，或铺砌两层莫来石砖，炉缸内砌筑刚玉质大型预制块（全
25、杯）；或只在炉缸交接处拐角砌一段粘土砖（小杯）。（全杯）；或只在炉缸交接处拐角砌一段粘土砖（小杯）。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心25陶瓷杯结构特点如下：陶瓷杯结构特点如下：u延长炉缸寿命延长炉缸寿命(1)减少了铁水渗入；因为减少了铁水渗入；因为1150的等温线非常靠近工的等温线非常靠近工作热面，因而材料性能受渗入铁水的影响较小；作热面，因而材料性能受渗入铁水的影响较小；(2)因为在陶瓷材料里的等温线分布非常紧密，因而由因为在陶瓷材料里的等温线分布非常紧密，因而由于热面的各种磨损于热面的各种磨损(机械磨蚀、化学侵蚀、碱侵蚀等机械磨蚀、化学侵蚀
26、、碱侵蚀等)所所导致的导致的1150等温线的位移距离受到了制约。等温线的位移距离受到了制约。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心26u2、节约能耗和经济效益、节约能耗和经济效益(1)由于炉缸热损失降低，因而铁水温度可升高由于炉缸热损失降低，因而铁水温度可升高 1825，有利于提高炼钢过程的效率。有利于提高炼钢过程的效率。(2)降低焦比。若保持铁水温度不变，则可以节约焦炭并降降低焦比。若保持铁水温度不变，则可以节约焦炭并降低铁水中的硅含量。低铁水中的硅含量。(3)炉缸对向凉现象不再敏感。炉缸对向凉现象不再敏感。(4)高炉内的残铁量将减少，这将在大修过
27、程中节约时间。高炉内的残铁量将减少，这将在大修过程中节约时间。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心27858687888990919293949596979899000102030405060708091089 3 9 9 2 9 185.9.153229.7万吨万吨97.5.251BF 4063m396.4.308.8.3009.2.153693.9万吨万吨91.6.206.8.31 06.12.794.9.2005.4.274717.7万吨万吨 4063m3 4966m32BF 4063m3 4706m33BF 4350m34BF 4747m3
28、数据更新至数据更新至2010年年8月月31日日宝钢高炉运行概况宝钢高炉运行概况耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心281BF(第第3代代)2BF(第第2代代)3BF4BF炉喉钢砖下炉喉钢砖下部部水冷板水冷板水冷板水冷板水冷板水冷板水冷板水冷板炉身上部炉身上部冷却壁镶冷却壁镶Si3N4-SiC砖砖冷却壁镶冷却壁镶Si3N4-SiC砖砖堇青石硅线石镶砖堇青石硅线石镶砖冷却壁镶冷却壁镶Si3N4-SiC砖砖炉身中部炉身中部冷却壁镶冷却壁镶Sialon-SiC砖砖Sialon-SiC砖砖堇青石硅线石镶堇青石硅线石镶砖砖Si3N4结结合合SiC砖砖Sialo
29、n-SiC炉身下部炉身下部冷却壁镶冷却壁镶Sialon-SiC砖砖石墨砖石墨砖+Sialon-SiCSi3N4-SiC镶砖镶砖石墨砖石墨砖+Sialon-SiC炉腰炉腰冷却壁镶冷却壁镶Sialon-SiC砖砖石墨砖石墨砖+Sialon-SiCSi3N4-SiC镶砖镶砖石墨砖石墨砖+Sialon-SiC炉腹炉腹3段冷却板：石墨砖段冷却板：石墨砖冷却壁镶冷却壁镶Sialon-SiC石墨砖石墨砖-Al2O3-SiC砖砖石墨砖石墨砖风口区风口区自结合碳化硅砖自结合碳化硅砖硅线石砖硅线石砖普通炭砖普通炭砖D硅线石砖硅线石砖铁口区铁口区小块炭砖小块炭砖NMD小块炭砖小块炭砖NMD小块炭砖小块炭砖NMD小块
30、炭砖小块炭砖NMD炉缸炉缸小块炭砖小块炭砖NMA+NMD小块炭砖小块炭砖NMA+NMD小块炭砖小块炭砖NMA小块炭砖小块炭砖NMA+NMD炉底炉底陶瓷垫陶瓷垫微孔炭砖微孔炭砖3RD-N普通炭砖普通炭砖5RD-N石墨砖石墨砖RN陶瓷垫陶瓷垫普通炭砖普通炭砖D石墨砖石墨砖CBY普通炭砖普通炭砖D石墨化炭砖石墨化炭砖AGSR陶瓷垫陶瓷垫普通炭砖普通炭砖D高炉本体耐材配置高炉本体耐材配置(现役现役)耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心292.1.6 高炉用修补料高炉用修补料 1、高炉内衬喷补、高炉内衬喷补 2、硬质压入、硬质压入 3、压力灌浆、压力灌浆耐火
31、材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心30炉身炉身炉腰炉腰炉腹炉腹炉缸炉缸炉底炉底炉顶炉顶内衬损坏的表现形式内衬损坏的表现形式内衬减薄、炉壳发红内衬减薄、炉壳发红铁口保护砖损坏，铁铁口保护砖损坏，铁口冒煤气严重。口冒煤气严重。炉缸侧壁温度高炉缸侧壁温度高风口嘴烧损风口嘴烧损内衬减薄、炉壳发红内衬减薄、炉壳发红维护措施维护措施硬质压入、喷涂硬质压入、喷涂更换风口后压浆更换风口后压浆铁口保护砖更换铁口保护砖更换 炉缸侧壁灌浆炉缸侧壁灌浆 耐材喷涂耐材喷涂选用强度高、抗煤气侵蚀选用强度高、抗煤气侵蚀好的高铝喷涂料好的高铝喷涂料选用树脂结合的铝选用树脂结合的铝-
32、碳碳-炭炭化硅质硬质压入料化硅质硬质压入料选用抗渣铁、热震性能选用抗渣铁、热震性能好、强度高耐火砖结构好、强度高耐火砖结构使用非水系的、抗氧化使用非水系的、抗氧化、高导热的压入料、高导热的压入料采用不含水的碳质采用不含水的碳质泥浆压入料泥浆压入料耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心31高炉内衬喷补高炉内衬喷补 一般是在降低料线情况下对露出的炉墙进行喷补造衬，一般是在降低料线情况下对露出的炉墙进行喷补造衬，特别适合高炉上部无料部位与大面积的炉墙修补，必要特别适合高炉上部无料部位与大面积的炉墙修补，必要时料线可降至风口以下，对整个炉墙进行喷补造衬。时料
33、线可降至风口以下，对整个炉墙进行喷补造衬。从八十年代起，高炉喷补就在日本、西欧等企业广泛应从八十年代起，高炉喷补就在日本、西欧等企业广泛应用。摩根、派力固、美国铭得、美国美固美特、日本黑用。摩根、派力固、美国铭得、美国美固美特、日本黑崎等企业具备先进的高炉喷补技术。崎等企业具备先进的高炉喷补技术。随着耐材技术和自动化装备技术的进步，现在可以应用随着耐材技术和自动化装备技术的进步，现在可以应用湿法喷涂材料及热态遥控自动喷补技术，不仅可以修补湿法喷涂材料及热态遥控自动喷补技术，不仅可以修补炉身内衬，而且可以造衬，大大延长高炉使用寿命，二炉身内衬，而且可以造衬，大大延长高炉使用寿命，二者的结合成为高
34、炉喷补先进技术的发展趋势。者的结合成为高炉喷补先进技术的发展趋势。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心3298.8153.210011012013014015069.2174.880100120140160宝钢宝钢1高炉（第二代）遥控湿法喷补照片高炉（第二代）遥控湿法喷补照片热态遥控自动喷补技术耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心33硬质压入v传统的压入维修：一般选用水泥结合的高铝质压入料，泵传统的压入维修：一般选用水泥结合的高铝质压入料，泵侧压力一般侧压力一般23MPa，炉侧压力一般小于，炉侧压力一般
35、小于0.5MPa。压入料施。压入料施工体硬化迟缓，高水分蒸发容易炸裂，材料气孔率高，强度工体硬化迟缓，高水分蒸发容易炸裂，材料气孔率高，强度低，因而寿命较短。由于压入料受到炉内温度和压力设备的低，因而寿命较短。由于压入料受到炉内温度和压力设备的限制，进行压入维修的部位在高炉炉身中部以上全部有炉料限制，进行压入维修的部位在高炉炉身中部以上全部有炉料的部位。的部位。v硬质压入维修：机侧压力硬质压入维修：机侧压力18.8MPa，炉侧压力为，炉侧压力为5MPa。相。相当于普通压入设备的十倍，压入维修后使用寿命当于普通压入设备的十倍，压入维修后使用寿命3个月以上。个月以上。使用在炉身中下部、炉腰、炉腹部
36、位有炉料的区域。采用复使用在炉身中下部、炉腰、炉腹部位有炉料的区域。采用复合树脂为结合剂，强调材料的耐磨性、施工作业性、适当的合树脂为结合剂，强调材料的耐磨性、施工作业性、适当的硬化时间、扩展性和与内衬良好的粘结性。硬化时间、扩展性和与内衬良好的粘结性。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心34硬质压入硬质压入a.压入前炉内状况压入前炉内状况b.压入初期压入初期 c.压入料扩展硬化状况压入料扩展硬化状况d.压入料硬化后内部形态压入料硬化后内部形态耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心35压力灌浆目的：目的：
37、生产以后，炉缸周围碳砖逐渐受到侵蚀。当炉缸侧生产以后，炉缸周围碳砖逐渐受到侵蚀。当炉缸侧壁电偶温度上升或铁口周围冒煤气火大的时候，需要对炉壁电偶温度上升或铁口周围冒煤气火大的时候，需要对炉底炉缸进行灌浆底炉缸进行灌浆(向耐火砖与炉皮之间灌浆向耐火砖与炉皮之间灌浆)。目的是防止。目的是防止铁皮与耐火砖之间产生间隙，保证良好的导热性能，以便铁皮与耐火砖之间产生间隙，保证良好的导热性能，以便打水冷却发挥效果。打水冷却发挥效果。设备选定设备选定：灌浆泵：型号：灌浆泵：型号MP100r-PA-15C 能力能力-15kg/min 压力压力-30MPa 部位选定：部位选定：a、炉缸侧壁温度高的部位；炉缸侧壁
38、温度高的部位；b、铁口冒煤气大的区域；铁口冒煤气大的区域；c、维护性，以前灌过浆的孔；维护性，以前灌过浆的孔；d、炉皮发红处炉皮发红处耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心362.2 高炉炉前用耐火材料高炉炉前用耐火材料撇渣器撇渣器摆动溜嘴摆动溜嘴耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心372.2.1 高炉出铁口炮泥高炉出铁口炮泥耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心38炉缸炉缸出铁口出铁口耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工
39、程中心392.2.1高炉炮泥的作用高炉炮泥的作用l 出铁口炮泥可以反复多次被打开和充填。出铁口炮泥可以反复多次被打开和充填。l 炮泥能维持铁口孔径稳定，出铁均匀，最终出炮泥能维持铁口孔径稳定，出铁均匀，最终出净炉内的铁渣熔液。净炉内的铁渣熔液。l 可以保护炉缸。可以保护炉缸。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心402.2.2 炮泥应具备的性能炮泥应具备的性能l(1)炮泥要有一定的塑性，保证从泥炮中打出时不破碎，容易挤进并填炮泥要有一定的塑性，保证从泥炮中打出时不破碎，容易挤进并填满铁口通道；满铁口通道；l(2)出铁口经常处于高温状态，要求炮泥的耐火
40、度要高（一般炮泥的耐出铁口经常处于高温状态，要求炮泥的耐火度要高（一般炮泥的耐火度在火度在1400以上）；以上）；l(3)烧结性要好，强度高烧结性要好，强度高，耐冲刷和耐侵蚀。一般情况下，烧结速度越，耐冲刷和耐侵蚀。一般情况下，烧结速度越快，炮泥越安全可用；快，炮泥越安全可用；l(4)开口容易，开口机钻口容易，方便现场操作；开口容易，开口机钻口容易，方便现场操作；l(5)要求炮泥应具有较高的抗渣能力，不易受渣铁的侵蚀，耐高温溶渣要求炮泥应具有较高的抗渣能力，不易受渣铁的侵蚀，耐高温溶渣及铁水腐蚀能力强，铁口孔径扩孔速度慢，铁流稳定，并有较强的耐冲及铁水腐蚀能力强，铁口孔径扩孔速度慢，铁流稳定，
41、并有较强的耐冲刷磨损性；刷磨损性；l(6)要求炮泥在使用时体积稳定性好，高温不收缩，避免产生裂纹；要求炮泥在使用时体积稳定性好，高温不收缩，避免产生裂纹；l(7)适宜的气孔率，使炮泥具有足够的透气性，有利于炮泥中挥发分的适宜的气孔率，使炮泥具有足够的透气性，有利于炮泥中挥发分的外逸；外逸；l(8)环境污染小。环境污染小。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心41 2.2.3炮泥的发展现状炮泥的发展现状 1 国内炮泥的发展现状国内炮泥的发展现状 传统炮泥：传统炮泥：这种炮泥以这种炮泥以焦粉、粘土、矾土熟料及焦油沥青焦粉、粘土、矾土熟料及焦油沥青为主要原
42、料，为主要原料，加水加水搅拌而成，俗称有水炮泥。搅拌而成，俗称有水炮泥。特点：这种炮泥一般体积密度小，耐渣铁侵蚀性差，在大中特点：这种炮泥一般体积密度小，耐渣铁侵蚀性差，在大中型高炉上堵铁口时易造成铁口深度不够，在出铁期间往往跑型高炉上堵铁口时易造成铁口深度不够，在出铁期间往往跑焦炭、出铁放风、出不净铁渣熔液等，影响高炉正常生产。焦炭、出铁放风、出不净铁渣熔液等，影响高炉正常生产。但由于其成本低，经各炼铁厂改进后仍在我国的绝大多数中但由于其成本低，经各炼铁厂改进后仍在我国的绝大多数中小型高炉上使用，其单耗在小型高炉上使用，其单耗在1.2kg/t以上。以上。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学
43、辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心42 无水炮泥。无水炮泥。无水炮泥一般由无水炮泥一般由刚玉、碳化硅和焦粉刚玉、碳化硅和焦粉为主要原料，同时配加为主要原料，同时配加不同的外加剂，以不同的外加剂，以焦油焦油作为结合剂。作为结合剂。特点：特点：这种炮泥由于采用优质高纯原料，并以这种炮泥由于采用优质高纯原料，并以C质原料为结质原料为结合剂，其耐铁渣侵蚀性能比有水炮泥大为提高，可以使铁口合剂，其耐铁渣侵蚀性能比有水炮泥大为提高，可以使铁口出铁时间延长，降低出铁次数。宝钢出铁时间延长，降低出铁次数。宝钢TA-4炮泥每次出铁时间炮泥每次出铁时间可达可达120min以上，每天出铁次数为以上，每天出
44、铁次数为1011次。次。缺点缺点是开铁口是开铁口困难，宝钢采用困难，宝钢采用插棒法开铁口插棒法开铁口，炮泥单耗已从过去的，炮泥单耗已从过去的0.8kg/t铁降到了铁降到了0.35kg/t铁。铁。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心43表表 国内部分钢厂炮泥的使用情况国内部分钢厂炮泥的使用情况单位单位炉容炉容(m3)铁口深度铁口深度(%)铁口合格率铁口合格率(%)吨铁消耗量吨铁消耗量(kgt-1)莱钢莱钢18802.72.8950.8包钢包钢22002.52.71000.50.6宝钢宝钢40633.4980.30.5武钢武钢320031000.68鞍
45、钢鞍钢25802.8950.6马钢马钢25003980.70.8酒钢酒钢18002.39511.3本钢本钢26002.72.8901.6耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心44 国外炮泥的发展经历了两个阶段。国外炮泥的发展经历了两个阶段。第一阶段为第一阶段为有水炮泥有水炮泥，和国内的相差不多。，和国内的相差不多。20世纪世纪70年代至年代至80年代初，世界各国相继推出了年代初，世界各国相继推出了无水炮泥无水炮泥。起初的无水炮泥都是用起初的无水炮泥都是用焦油焦油作结合剂，由于焦油在使用中会作结合剂，由于焦油在使用中会产生烟雾，恶化工作环境。产生烟雾，
46、恶化工作环境。日本和西德等国研制出了日本和西德等国研制出了树脂树脂为结合剂的无水炮泥，不仅消为结合剂的无水炮泥，不仅消除了烟雾，而且能快速硬化，大大提高了无水炮泥的性能。除了烟雾，而且能快速硬化，大大提高了无水炮泥的性能。除结合剂方面的改进外，日本在除结合剂方面的改进外，日本在1979年到年到1987年，还先后开年，还先后开发了发了SiO2炮泥炮泥，高耐用性，高耐用性SiO2炮泥，及特别耐用的炮泥，及特别耐用的氧化铝炮氧化铝炮泥泥，由于无水炮泥开铁口困难，日本于，由于无水炮泥开铁口困难，日本于1985年开发出了年开发出了插棒插棒法法开铁口，取得了较好的使用效果。开铁口，取得了较好的使用效果。耐
47、火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心45高炉炮泥的发展趋势高炉炮泥的发展趋势 提高原料纯度提高原料纯度、选用优质的、选用优质的结合剂结合剂及添加不同的及添加不同的外加剂外加剂，改，改善并提高了炮泥质量，满足了高炉安全顺行的需要。善并提高了炮泥质量，满足了高炉安全顺行的需要。l 结合剂：结合剂：随着世界各国对节能和环保的重视作为一般无水炮随着世界各国对节能和环保的重视作为一般无水炮泥结合剂的泥结合剂的焦油或蒽油焦油或蒽油，将会逐渐被环保型的，将会逐渐被环保型的改性树脂结合改性树脂结合剂剂所取代；所取代；l 为了提高炮泥的高温强度、炮泥的原料正在向为了提
48、高炮泥的高温强度、炮泥的原料正在向高纯度、杂质高纯度、杂质含量低、碳质和碱性化含量低、碳质和碱性化方向发展；方向发展；l 同时随着微粉特别同时随着微粉特别超微粉超微粉的出现以及在材料中的广泛应用，的出现以及在材料中的广泛应用，目前炮泥为了提高致密度和烧结性能，其配料正向细粉增多目前炮泥为了提高致密度和烧结性能，其配料正向细粉增多的方向发展。的方向发展。l 增加增加氮化硅、碳化硅结合氮化硅，蓝晶石，氮化硅铁，铝粉氮化硅、碳化硅结合氮化硅，蓝晶石，氮化硅铁，铝粉等高品质材料，以等高品质材料，以提高体积稳定性提高体积稳定性，还可，还可提高体积密度提高体积密度。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽
49、宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心462.3.4 高炉炮泥的损毁机理高炉炮泥的损毁机理1 热机械作用损毁热机械作用损毁l 热震稳定性的影响：热震稳定性的影响：循环出铁和堵铁口出现的热震稳定性的循环出铁和堵铁口出现的热震稳定性的影响（从影响（从1500过度到过度到100）；）；l 体积稳定性的影响：体积稳定性的影响：新旧炮泥的接触面上，也会由于新炮泥新旧炮泥的接触面上，也会由于新炮泥的烧结收缩产生缝隙，这样就使得熔融的渣铁液体易渗入这的烧结收缩产生缝隙，这样就使得熔融的渣铁液体易渗入这些缝隙，当下次铁口打开时，在熔流强烈的冲刷下，使炮泥些缝隙，当下次铁口打开时，在熔流强烈的冲刷下，使炮泥
50、发生脱落损毁。发生脱落损毁。l 内外热应力的影响：内外热应力的影响：新堵塞的炮泥，受铁口内外温度的作用新堵塞的炮泥，受铁口内外温度的作用，使炮泥烧结速率不等，在铁口炮泥内产生热应力，出现微，使炮泥烧结速率不等，在铁口炮泥内产生热应力，出现微裂纹并逐渐扩大，若裂纹扩展到整个铁口截面，就会裂纹并逐渐扩大，若裂纹扩展到整个铁口截面，就会发生断发生断铁口铁口现象。现象。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学辽宁科技大学镁质材料工程中心镁质材料工程中心472 热化学侵蚀损毁热化学侵蚀损毁 l 炮泥中常见的杂质氧化物：炮泥中常见的杂质氧化物：TiO2、Fe2O3、CaO、MgO等，等，与高炉熔渣中的多种成
