鋼鐵冶金行業(yè)是耐火材料消耗大戶，每年所用的耐火材料占耐火材料所有產(chǎn)量的70%之多。在說高爐煉鋼鐵用的耐火材料之前，我們要先清楚的知道高爐爐體的基本結(jié)構(gòu)、每個(gè)部位所受的不同熱應(yīng)力，每個(gè)部位的作用以及每個(gè)部位內(nèi)襯耐火材料破損的根本因素等等問題。今天我們用一篇超超超長的文章來說這些問題。建議收藏和轉(zhuǎn)發(fā)起來備用。

　　高爐爐體結(jié)構(gòu)(爐墻)是由爐殼、冷卻器和耐火內(nèi)襯三部分組成。內(nèi)襯主要作用是直接抵抗冶煉過程中機(jī)械、熱力和化學(xué)的侵蝕，以保護(hù)爐殼和其他金屬結(jié)構(gòu)，減少熱損失，并形成一定的冶煉空間即爐型。爐殼起密封渣、鐵、煤氣的作用，并承擔(dān)一定的建筑結(jié)構(gòu)的任務(wù)。冷卻器用來保護(hù)內(nèi)襯、爐殼，其布置輪廓在很大程度上決定著操作爐型。

　　高爐爐襯用耐火材料

　　高爐在冶煉過程中，內(nèi)部溫度可高達(dá)2000℃以上，而且從上往下，爐內(nèi)的溫度分布不均，為了使?fàn)t內(nèi)的反應(yīng)保持物理和化學(xué)上的穩(wěn)定，高爐用耐火材料總體上應(yīng)達(dá)到以下要求：在高溫下，不熔化、不軟化、不揮發(fā);同時(shí)應(yīng)具有能在高溫、高壓條件下保持爐體結(jié)構(gòu)完整的強(qiáng)度;必須能承受爐內(nèi)溫度變化的熱沖擊以及物料下降和氣體上升帶來的磨損;同時(shí)還必須具有對(duì)鐵水、爐渣和爐內(nèi)煤氣等的化學(xué)穩(wěn)定性。

　　1爐喉用耐火材料

　　爐喉起保護(hù)爐襯的作用，此部位主要受高爐來料的直接沖擊和摩擦，工作溫度在400~500℃，常用的為致密粘土磚和高鋁磚，有些單位為了增加使用壽命，也會(huì)選擇用鑄鋼磚進(jìn)行保護(hù)。

　　2爐身上部和中部

　　爐身上部和中部主要是受到布料和爐料下降帶來的機(jī)械沖刷和隨上升氣流而在此聚集的堿金屬所產(chǎn)生的化學(xué)侵蝕。爐身中部溫度波動(dòng)較大，因些需要采用抗熱震性能好的耐火材料。常采用的耐火材料有粘土磚、高鋁磚、硅線石磚、致密粘土磚等。

　　3爐身下部和爐腰用耐火材料

　　爐身下部到爐腰的磚襯，既受到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(xué)侵蝕，工作溫度在1400~1600℃。常用的耐火材料有鋁炭磚、碳化硅磚、熱壓小塊炭磚及半石墨化碳化硅磚等。還有一些價(jià)格稍高的氮化硅結(jié)合碳化硅磚在高爐爐身下部使用。

　　4爐腹用耐火材料

　　爐腹連接著爐腰和爐缸，爐腹的溫度高達(dá)1600~1650℃，同時(shí)爐腹部位還要受到高爐煤氣流的沖刷磨損及高溫的破壞作用，做為高爐最易損壞的區(qū)域之一，為了提高爐齡，許多高爐在爐腹部位都使用了冷卻壁技術(shù)，通過水冷卻壁，可以在磚襯表面形成渣皮，起到保護(hù)爐襯的作用。常使用的耐火材料有高鋁磚、鋁炭磚、半石墨化碳-碳化桂磚、熱壓小塊炭磚、Si3N4結(jié)合SiC磚等。

　　5爐底用耐火材料

　　高爐爐底長期處于高溫和高壓條件下，工作條件極其惡劣，根據(jù)高爐停爐后爐底破損狀況和生產(chǎn)中爐底溫度檢查表明，爐底的使用壽命是影響高爐壽命的決定性因素。爐底破損可分為兩個(gè)階段：在開爐初期是鐵水滲入將磚漂浮起來而形成平底鍋形深坑，第二階段是熔結(jié)層形成后的化學(xué)侵蝕。

　　6爐缸用耐火材料

　　爐缸是指高爐風(fēng)口附近及以下部分，沿爐缸不同高度有鐵口、渣口和風(fēng)口。爐缸下部是盛放渣鐵水的地方，其工作條件與爐底上部相近。爐缸上部的風(fēng)口帶，是整個(gè)高爐最高溫度區(qū)域，表面溫度達(dá)1300~1900℃。

　　爐缸和爐底的工作條件要求這部分磚料必須具有荷重軟化點(diǎn)高，抗堿強(qiáng)度高，熱導(dǎo)率高，耐壓強(qiáng)度高，透氣度低，抗鐵水熔蝕性好，抗渣性及抗氧化性強(qiáng)的特點(diǎn)。

　　常用的有三種，大塊炭磚結(jié)構(gòu)、小塊炭磚結(jié)構(gòu)和陶瓷杯結(jié)構(gòu)，陶瓷杯結(jié)構(gòu)里用到的有粘土磚、莫來石磚、剛玉質(zhì)大型預(yù)制件、剛玉莫來石質(zhì)，國內(nèi)陶瓷杯磚常用的是塑性相復(fù)合剛玉磚、微孔剛玉磚、剛玉-莫來石磚、剛玉-碳化硅磚等。

　　7高爐修補(bǔ)用耐火材料

　　高爐爐襯用耐火材料的損毀機(jī)理主要分為堿金屬侵蝕、氧化鐵的侵蝕、熱應(yīng)力的破壞作用、熱震的破壞作用。實(shí)際上，從爐子烘爐開始，耐火爐襯就開始遭到破壞。在生產(chǎn)過程中，爐襯因受到爐料磨損、含塵氣流沖刷等機(jī)械力的作用，以及受到高溫?zé)崃Φ淖饔煤推渌厥庑再|(zhì)的破壞作用而不斷損毀。這時(shí)候就造成高爐爐襯部分好部分損壞嚴(yán)重的情況，這時(shí)就需要進(jìn)行修補(bǔ)。

　　高爐修補(bǔ)常用的方法有噴補(bǔ)法、壓入修補(bǔ)法和壓力灌漿法。

　　壓入法修補(bǔ)常用的是水性結(jié)合材料和以酚醛樹脂為結(jié)合中劑的材料。水性結(jié)合材料主要由水玻璃、水泥、磷酸鹽結(jié)合而成，其主要化學(xué)成分為Al?O?、Fe?O?、K?O+Na?O、SiC，水性結(jié)合材料粘接強(qiáng)度較高，但在修補(bǔ)時(shí)爐襯溫度高，水分迅速蒸發(fā)，修補(bǔ)層容易發(fā)泡脫落，導(dǎo)致修補(bǔ)處不致密，易剝落。以酚醛樹脂為結(jié)合劑的材料，大多由礬土、焦寶石、炭素等組成，如日本住友公司的酚醛樹脂結(jié)合修補(bǔ)料，其主要的化學(xué)成分為Al?O?、SiO?、SiC或MgO、SiC、固定碳;以熱塑性酚醛樹脂結(jié)合的修補(bǔ)料，其主要的化學(xué)成分為Al?O?、SiO2、Fe?O3、K?O+Na2O、TiO?。硬質(zhì)壓入修補(bǔ)料的主要原料采用焦寶石、礬土、黏土、碳化硅、炭素材料。

　　中小型高爐用水性結(jié)合劑產(chǎn)品較多，大型高爐則多采用酚醛樹脂做結(jié)合劑的材料多。

　　高爐爐前用耐火材料

　　1炮泥

　　出鐵口是高爐中非常重要的部位，是高爐排出鐵水和爐渣的通道，為了防止煤氣噴出，高爐在出鐵水和出渣完成后，該口立即被泥料堵塞。

　　要求炮泥應(yīng)有如下性能：

　　①較高的耐火度，能承受高溫鐵渣熔液的作用;②較強(qiáng)的抵抗鐵渣熔液沖刷的能力;

　　③適度的可塑性，便于泥炮操作和形成鐵口泥包;④良好的體積穩(wěn)定性，在高溫下體積變化小，不會(huì)由于收縮導(dǎo)致鐵水滲漏;⑤能夠迅速燒結(jié)并有燒結(jié)強(qiáng)度;

　　⑥開口性能良好，開口機(jī)鉆頭容易鉆孔。

　　基本上現(xiàn)在用的都是無水炮泥，無水炮泥的結(jié)合劑主要有樹脂、焦油或者兩者復(fù)合，有時(shí)配入瀝青和蒽油。

　　2出鐵溝用耐火材料

　　高爐出鐵溝由主鐵水溝(主溝)、支鐵溝(支溝)和渣溝構(gòu)成，主要是引導(dǎo)高爐內(nèi)高溫鐵水和熔渣的通道，其在結(jié)構(gòu)上分為貯鐵式、半貯鐵式和非貯鐵式三種。

　　高爐出鐵時(shí)，鐵水溫度高達(dá)1450℃，流經(jīng)鐵水溝的鐵水量依高爐的大小不同，每分鐘達(dá)到4~7t。一座高爐每晝夜出鐵多達(dá)15次，每次持續(xù)時(shí)間為70~120min。這樣出鐵溝耐火材料工作層內(nèi)襯反復(fù)頻繁地受到高溫鐵水和爐渣的沖刷、磨損和侵蝕作用，工作條件十分惡劣。

　　高爐出鐵溝的工作情況，爐前溝襯耐火材料必須滿足如下性能要求：

　　①具有優(yōu)良的高溫耐磨性，耐鐵水和熔潼的沖刷能力強(qiáng);②耐熔渣的化學(xué)侵蝕性和滲透性好，抗氧化能力強(qiáng);③具有良好的抗熱震性，抗爆裂性好;

　　④重?zé)w積變化小，具有致密均勻的結(jié)構(gòu)。

　　目前高爐出鐵溝用耐火材料多使用Al?O?-SiC-C(ASC)質(zhì)搗打料或澆注料。Al?O?-SiC-C質(zhì)搗打料有普通搗打料和免烘烤搗打料兩種，適用于1000立方以下的中、小型高爐。澆注料主要用于有兩個(gè)及以上出鐵口的大、中型高爐，主要有振動(dòng)澆注料、快干澆注料、自流澆注料和快干自流澆注料等。

　　3撇渣器用耐火材料

　　撇渣器是利用渣鐵密度不同在出鐵溝中分離渣鐵的裝置，既要承受流動(dòng)高溫鐵水的劇烈沖刷，還要承受熔渣的化學(xué)侵蝕，因此，要延長撇渣器壽命，必須在充分實(shí)現(xiàn)其基本功能的前提下，設(shè)法降低鐵流沖刷力和爐猹的化學(xué)侵蝕。撇渣器使用的耐火材料是與主鐵溝相同的Al?O?-SiC-C澆注料。

　　實(shí)踐表明，爐襯壽命隨著冶煉條件而變。爐腹、爐腰和爐身下部是高爐內(nèi)襯侵蝕最嚴(yán)重的部位，尤其是難以形成保護(hù)層的爐腰和爐身下部，目前已成為髙爐內(nèi)襯的最薄弱環(huán)節(jié)。爐喉處主要受固體爐料摩擦和夾帶爐塵的高爐煤氣流沖刷作用，以及裝入爐料時(shí)，溫度的急劇變化帶來的影響。每個(gè)部位根據(jù)不同的運(yùn)行環(huán)境需要配置不同的耐火材料，以達(dá)到超長爐齡。本文僅供參考，也歡迎大家提供更多的更全面的知識(shí)進(jìn)行分享。