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        高爐用耐火材料的發展與應用

        時間:2016-04-08 12:49?? 作者:admin 點擊:
         耐火材料的使用性能是影響高爐壽命很重要的一個因素。20世紀80年代以前,國內高爐爐襯一般采用高鋁磚、粘土磚和普通炭磚砌筑,壽命很短。當時對高爐耐火材料使用性能的研究很少,因為產品標準中只有幾項常規指標,如炭磚的灰分、抗壓強度、氣孔率、體積密度,高鋁磚的抗壓強度、氣孔率、體積密度、耐火度、荷重軟化點、AlO3含量、Fe2O3含量等。這些常規指標不能反映生產過程中高爐爐襯的實際工作狀態,因而這些指標的高低與高爐壽命的關系并不密切。隨著鋼鐵生產的高速發展,我國高爐爐襯用耐火材料取得了很大的進步,在生產技術、產品品種、質量水平方面,正逐步追趕世界先進水平,取代某些進口產品。延長高爐壽命是我國冶金工業的重要技術政策,煉鐵和耐火材料工作者為此做出了很大的努力,并取得了顯著的成效。  
            高爐用的耐火材料主要包括炭磚和硅鋁質耐火材料等。高爐炭磚有半石墨炭磚、微孔炭磚、超微孔炭磚、石墨磚和模壓小炭磚等。  
            國外、國內各牌號炭磚目前國內高爐陶瓷杯用磚有復合棕剛玉磚、剛玉莫來石磚、塑性相結合棕剛玉磚、微孔剛玉磚、法國陶瓷杯磚(澆注塊)等5種,復合棕剛玉磚的抗堿性較差,一般大型高爐已不采用。陶瓷杯爐缸結構是法國首先開發的,是一種不經高溫燒成的澆注塊,其主要優點抗堿性優良,抗爐渣侵蝕性較好,抗鐵水熔蝕性很好,是微氣孔磚,適用于爐缸磚襯。近年國內相繼開發出多種陶瓷杯用磚,則都是高溫燒成的。國產微孔剛玉磚的各項性能均已達到或優于法國陶瓷杯磚,其中抗爐渣侵蝕性和耐壓強度更好。塑性相剛玉磚除微氣孔指標較差外,其他性能都較好,是目前應用最多的~種。剛玉莫來石磚由于抗堿性和抗爐渣侵蝕性很差,不適合用于爐缸部位,但用于陶瓷杯底仍是適用的。  
            除炭磚品種外,還要重視碳素搗打料和泥漿的選擇。如果采用導熱系數很低的碳素搗打料[1—3W/(m·K)],即使炭磚導熱系數很高,但由于碳搗料相當于絕熱層,因而散熱仍然不暢,爐缸爐底溫度必然很高,影響強化冷卻的效果。  
            對于炭磚,主要研究其抗氧化性、鐵水滲透性、鐵水溶蝕性、導熱率、氣孔分布特性、抗堿性;對硅鋁質耐火材料,主要研究其抗渣性、抗堿性、氣孔分布特性等指標。炭磚有以下幾種類型:
             1)微孔炭磚。普通微孔炭磚中,日本的BC一7S和法國的AM一102炭磚可作為代表性的國際名牌產品。武鋼和寶鋼的高爐都使用了該產品,使用效果好,高爐壽命都達到了10 年以上。該產品的特點是導熱系數較高,微氣孔指標先進,抗堿性優良。國產的普通微孔炭磚,其主要性能指標和日本BC一7S炭磚、法國AM一102炭磚已很接近,很多高爐的使用效果較好,例如武鋼的高爐使用國內的普通微孔炭磚。
             2)超微孔炭磚。以日本的BC一8SR和德國的7RDN為代表,人們稱之為超微孔炭磚。其主要特點是導熱系數較高,孔容積率>85%,其他性能也保持優良。 
              3)模壓小炭磚。以美國NMA、 NMD熱模壓小炭磚為代表的國際名牌產品在我國應用也比較多,使用效果較好。武鋼技術中心和國內某耐火材料廠合作進行了模壓小炭磚的研制,以電煅無煙煤為原料,以酚醛樹脂為結合劑,用磨擦壓磚機成型,經高溫燒成,生產模壓小炭磚,其產品性能已優于美國熱壓小炭磚。
              4)半石墨炭磚。國產半石墨炭磚和日本BC-5型半石墨炭磚相比,其導熱系數、抗堿性、鐵水熔蝕等性能相當。德國半石墨炭磚的600℃導熱系數達到18.04 W/(m·K),優于一般的國產半石墨炭磚,其他性能亦相當。    在高爐的內部,不同的部位所使用的耐火材料也是不同的,高爐不同部位磚襯由于侵蝕、破損的原因不同則對耐火材料的性能要求也各異,應根據主要侵蝕因提出性能要求,而不應對每種耐火材料都提出同的性能要求。因此,高爐設計非常重視爐底、爐缸設計的合理性,基本措施包括三個方面:一是增加死鐵層深度,以延緩爐缸鐵水流動對爐底、爐缸的侵蝕;二是改善爐缸耐材質量,提高爐缸的導熱能力、抗壓強度、抗鐵水侵蝕;三是加強爐底、爐缸冷卻強度與冷卻效果。
        爐腹、爐身和爐腰用磚
            高爐的這些部位通常被認為是高溫區,是耐火材料內襯的關鍵部位,即在正常情況下,高爐一代壽命就取決于這些部位的耐火材料和冷卻設備性能。這部分冷卻強度最大,溫度波動大,機械沖刷和堿侵蝕嚴重。因此,要求耐火材料具有高的導熱系數。高耐磨性和抗堿侵蝕性。針對上述情況,在60年代到80年代,經過多種試驗,淘汰了傳統的高鋁磚,選用SiC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。高爐爐身上部,主要是機械沖刷與磨損。  
             這些部位的爐襯發展趨勢是,主要靠強化冷卻形成渣壤保持正常生產,磚襯僅留有很薄的鑲磚,耐火材料的用量很小。比較典型的設計如武鋼l鍋爐的銅冷卻壁薄爐襯結構。這一區域選用耐火磚的原則是,抗爐渣侵蝕性能好,抗堿性較好,導熱系數較高,強度要高。在成渣帶以下可選用Si,N。結合SiC磚、賽隆結合剛玉磚或賽隆結合SiC磚。爐身中部無渣區可選用燒成微孔鋁炭磚。爐喉處直接使用鋼磚,爐喉下直到爐身上部均采用粘土劑。此外,日本目前還用硅線石磚,我國寶鋼在爐身上部均采用大塊硅線石磚。英國用含Al2O3為60%的SiC磚。這幾種磚的強度很高,抗堿侵蝕性和抗爐渣侵蝕性很好,導熱系數也高。適用于砌筑爐身到爐腹區域。
        爐缸用耐火材料
             現對于1 000~2 500 m3級的高爐,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結合棕剛玉磚,高爐壽命達到10~15年是完全可能的。 
             對于2 500~4000 m3級的高爐, 爐缸用國產超微孔炭磚,爐底用普通微孔炭磚,陶瓷杯用國產微孔剛玉磚,高爐壽命達到15~20年也是可能的。如果認為國產超微孔炭磚剛研制出來不可靠,則可購買部分國外高檔炭磚用于爐缸砌筑。  
             現代高爐爐缸主要結構類型有:以微孔碳磚為襯的炭質爐缸,以陶瓷材料為襯的陶瓷杯爐缸;熱壓碳磚+陶瓷材料的復合爐缸。對以上三種爐缸結構可分析其各自特點:高爐爐缸采用微孔碳磚,有效阻止了鐵水向碳磚的滲透,從而減輕了鐵水對爐缸內襯材在于碳磚中,不能解決堿侵蝕對爐缸的侵蝕。 
             高爐爐缸采用陶瓷內襯有更多的優點: 
             1)陶瓷材料對碳磚起到保護作用,提高了爐缸抗鐵水的滲透和機械沖刷磨損; 
             2)陶瓷材料的低導熱性使爐缸內襯溫度分布趨于合理,降低或避免堿侵蝕的破壞,同時還可降低熱耗。
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