高炉用耐火材料.pdf

1 3 高炉用耐火材料高炉用耐火材料 耐火材料行业是为高温技术服务的重要基础行业，与钢铁工业的关系尤为密切。高温工业尤其是钢铁冶炼技术的新发展，促进了耐火材料工业的技术进步。耐火材料工业的技术进步又保证了高温工业新技术的实施。钢铁工业中各种窑炉的稳产、高产、长寿都离不开耐火材料，各种窑炉因用途和使用条件不同，对构成其主体的耐火材料的要求也不同，而不同种类的耐火材料也由于化学物质组成、显微结构的差异和生产工艺的不同，表现出不同的基本特性。因此，了解研究工业窑炉用耐火材料，就有必要了解耐火材料的基本性质。本章在此基础上，重点介绍高炉、热风炉用耐火材料。3.1 耐火材料的基本性质耐火材料的基本性质 耐火材料是指耐火度不低于 1580的无机非金属材料。它包括天然矿石及按照一定的目的要求经过一定的工艺制成的各种制品。它具有一定的高温力学性能、良好的体积稳定性。3.23.2 高炉炉体用耐火材料 高炉炉体用耐火材料 高炉是炼铁的主要设备，它具有产量大、生产率高和成本低的优点，这是其它炼铁方法所无法比拟的。我国某高炉炉体内衬用耐火材料示意图如图 3-3所示。随着世界各国钢铁工业的进步，高炉朝着大型化、高效化和长寿化发展，逐步采用富氧喷煤、高风温操作、高压炉顶等新的冶炼技术。高炉炉衬工作条件随之发生了重大变化，其使用寿命降低较多，一般只有 56 年。特别是高炉炉身下部及炉腰、炉腹部位，其使用寿命就更短。为适应这一发展，高炉用耐火材料也有了较大的变化，长寿命新型、高效耐火材料逐渐被应用，高炉寿命逐步提高。2 根据高炉炉衬的操作条件和蚀损的特征，要求耐火材料具有：良好的高温使用性能，在长期高温下热稳定性好。常温和高温下的强度要高，耐磨性能要好。致密度高，导热性好，显气孔率低，高温收缩小。能抵抗高温、高压下的铁水、熔渣、高炉煤气和炉尘的剧烈冲刷和侵蚀。耐火砖外形尺寸准确，能确保砖缝达到规定的要求。目前，高炉用耐火材料的品种很多，炉身中上部一般采用性能优异的粘土砖或高铝砖，炉身下部、炉腰及炉腹则用碳质制品、碳化硅砖、莫来石砖、刚玉砖等特种耐火材料，特别是最近发展起来的碳化硅砖，在高炉上的应用获得了成功。同时，其它不定形耐火材料也得到了广泛应用。3.2.13.2.1 炉喉和炉顶用耐火材料 炉喉和炉顶用耐火材料 炉喉主要起保护炉衬、合理布料的作用。炉喉正常工作时，温度为 400500，这一区域主要受炉料直接冲击和摩擦作用，但煤气流的冲刷相对较轻。因此，炉喉一般采用水冷或无水冷钢砖（铸钢件），水冷钢砖与炉壳之间充填浇注料，无水冷钢砖安装时，配合施工浇注料。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。3.2.23.2.2 炉身用耐火材料 炉身用耐火材料 炉身是高炉重要的组成部分，起着炉料的加热、还原和造渣作用。自始至终承受着煤气流的冲刷与物料的冲击。但炉身上部和中部温度较低（400800），无炉渣形成和渣蚀危害。这部位主要承受炉料冲击、炉尘上升的磨损或热冲击（最高达 50/min）或者受到碱、锌等的侵入和碳的沉积而遭受破坏。所以该部位主要采用低气孔率的优质粘土砖及高铝砖。特别是在耐火制品品种增加和质量提高的情况下，高炉炉衬寿命都大为延长。3 但是随着大中型高炉操作条件苛刻化和大幅度延长高炉寿命制度的确立，该部位要求采用在耐剥落性和耐磨性方面都很优异的耐火材料。因此，在炉身上部还采用磷酸盐结合的粘土砖，上部和中部还采用硅线石质耐火砖和耐剥落性优异的高铝质耐火砖。炉身下部温度较高，这部分区域是热交换较多的区域，有大量低熔物形成，有炽热炉料下降时的磨擦作用，煤气上升时粉尘的冲刷作用和碱金属蒸气的侵蚀作用。因此，这个部位极易受侵蚀，严重者冷却器全部被侵蚀光，只靠钢壳来维持。所以，要求采用有很好的抗渣性、抗碱性和高温强度及耐磨性较高的优质粘土砖、高铝砖、刚玉砖、铝炭砖或碳化硅砖，对于冷却板结构的内衬也有使用石墨砖的。3.2.33.2.3 炉腰用耐火材料 炉腰用耐火材料 炉腰起着上升煤气流的缓冲作用。炉料在这里已部分还原造渣，料层的透气性变差，同时渣蚀严重。另外，炉腰部位的温度高（14001600，高温辐射侵蚀严重；碱的侵蚀也比较严重；含尘的炽热炉气上升，对炉衬产生较强的冲刷作用；焦炭等物料产生摩擦；热风通过时引起温度急剧变化作用。上述诸多因素的共同作用，使这个部位的耐火材料损毁很严重。因此，炉腰部位一般选择抗渣侵蚀性强、耐冲刷的耐火材料。对于冷却板结构的内衬也有使用石墨砖。3.2.43.2.4 炉腹用耐火材料 炉腹用耐火材料 炉腹连接着炉缸和炉腰。这一区域温度更高，其下部炉料温度约在 16001650，气流温度也高，并形成大量的中间渣开始滴落。该部位所受的热辐射、熔渣侵蚀都很严重。另外，碱金属的侵入，碳的沉积而引起的化学作用，由上而下的熔体和由下而上的炽热气流的冲刷作用也加剧。所以，炉腹部位历来都4 是高炉寿命最短的关键环节。因此，该区域的材料应有很高的抗侵蚀、抗冲刷能力，同时还要兼有一定的抗热震能力。因此，现代大中型高炉在此部位采用这类耐火材料比较普遍。烧成铝炭砖及烧成微孔铝碳砖也具有较好的抗压、抗折、抗侵蚀、抗冲刷能力，导热性好，而且容易掛渣，最重要的是抗热震能力强，价格也比较便利，在我国中型和中小型高炉采用的比较普遍。对于冷却板结构的内衬也有使用石墨砖的 3.2.53.2.5 炉缸、炉底用耐火材料 炉缸、炉底用耐火材料 炉缸是盛装铁水和熔渣的地方，并燃烧焦炭产生大量煤气，为高炉还原制造初始条件。炉缸部位特别是风口区是高炉内温度最高的区域，其温度在 17002000，炉底温度一般在 14501500。炉缸内衬除受高温作用外，还主要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。在铁水侵入的同时，碱和锌也侵入。铁水侵入可引起耐火砖上浮，化学侵蚀可引起耐火砖脆化层的扩展，从而使高炉炉底耐火材料发生严重破坏。这些部位要求耐火材料具有耐铁水侵蚀性、耐铁水渗透性、耐碱性、容积稳定性和适宜的导热性。炉缸是高炉的重要部位。该部位内衬破损的主要原因是：渣、铁水的侵蚀；碱金属的侵蚀；高温煤气流的冲刷；热应力的破坏；CO2、O2、H2O 的氧化、侵蚀等。这一部位内衬破损是多种因素综合作用的结果，既有化学的、热力的，也有机械的作用。所以，炉缸用耐火材料的性能应满足如下要求：耐高温性，铁水温度 1500左右，炉渣温度更高；5 耐侵蚀性，如高温炉渣的侵蚀，特别是渣中碱金属及氧化物时侵蚀性更强，其次是铁水的侵蚀，还有 CO、CO2、H2O 的侵蚀；耐冲刷、耐磨性；抗渗透性；高导热性。炉缸风口带可采用刚玉-莫来石砖或棕刚玉砖、硅线石砖；在渣铁水接触的热面一般可采用陶瓷耐火材料即刚玉-莫来石砖或棕刚玉砖，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；炉底选用半石墨炭砖、微孔炭砖，炉底找平层上面用一层石墨化炭砖。随着高炉冶炼技术的发展，应用于该部位的新型耐火材料主要有烧成炭砖、热压炭砖、微孔炭砖、超微孔炭砖、碳复合 SiC 砖、半石墨化自焙炭块等。我国宝钢、首钢、本钢等大型高炉先后引进美国 UCAR 公司的热压炭砖，取得了令人满意的效果。“陶瓷杯”技术在国内也较多采用。陶瓷杯是一种砌筑在高炉炉缸上，为了延长高炉寿命，降低热损耗的陶瓷质内衬。它是以刚玉为基质，掺有或不掺有氧化铬添加剂的预制块，或是氮结合（賽隆）的砖制品及莫来石砖制品构成。它们的导热性比炭质制品低。在过去的 20 年里，高炉炉缸的工作条件发生了很大变化，要求高炉炉缸用耐火材料内衬须承受更加恶劣的生产条件，与此同时，依靠提高内衬材料的使用寿命，达到提高高炉经济效益的（和效率）目标。传统上，炉缸主要使用碳质耐火材料，随着铁水温度的提高，高炉的产量也提高，将加速碳质耐火材料恶化的速度。为了能适应高炉新的冶炼条件，现在有两种不同的观点，一种观点主张依据热力学，另一种观点主张依据耐火材料学。6 热力学观点是以下列理论为依据：受热面温度越低，耐火材料损毁越慢。它强调通过高热导率的半石墨质炭块将热量传递给冷却系统。从而实现热平衡。同时，利用良好的导热性在炉缸内侧壁部位降低了工作面（热面）温度，并形成渣皮状附着物，将 800等温线推至炭砖以外，保护炉缸内壁，实现炉缸系统的安全、高效、长寿。如宝钢 3 号、4 号高炉，太钢 4350m3高炉、首钢 1 号高炉等，就是采用美国 UCAR 公司全碳质材料炉底、炉缸结构。耐火材料学解决方法是根据众所周知的陶瓷底座，开发了新型的复合内衬，并在 20 世纪 80 年代初期砌筑使用。最先采用该复合内衬的是 Thyssen Stahl A.G.公司 Hambo-rn 和 Ruhrort 厂的两座高炉，因其外形为环状，故被称为“陶瓷杯”。它强调在采用高热导率的炭块将炉缸热量传递给冷却系统的同时，通过增加具有耐高温、抗渣碱侵蚀、耐冲刷和良好的热震稳定性的陶瓷材料制成的陶瓷杯，将炉缸内的炭质材料与铁水及其它混合物分隔，从而在相当一段时间内杜绝了铁水对炭质材料炉缸的侵蚀，实现炉缸系统的安全、高效、长寿。近年来，国内很多高炉炉底炉缸采用法国 SAVOIE 公司和日本电极公司碳质材料-陶瓷材料复合结构。陶瓷杯具有下列优点：提高出铁温度。陶瓷杯有隔热效果，减少了从炉底和炉缸壁辐射的热量。因此，铁水能保持较高的温度从出铁口流出。隔热效果取决于高炉炉壁的厚度、炉径及产量等的不同，使用陶瓷杯铁水温度可提高 1020之间。温度更高的铁水有利于铁水往炼钢厂的运输。但是应该注意：由于含有同量的硅，焦炭的消耗量不会减少。节约能源是指减少热损失而不是改善高炉的冶炼过程。如果出铁的温度比常规低，那么应该是由于 SiO2含量的降低。导致焦比下降，从而提高了效益。此外，因为降低了热损失，炉缸对降低温度运行极不敏感，这样7 从停产恢复到正常运行所需的时间较短，并且容易恢复。降低了铁水的渗透。铁水的凝固温度是 1150，而陶瓷内衬的内壁等温线很接近 1150。因为耐火材料的膨胀，耐火制品或预制块之间的连接缝会变小。因此，渗入孔隙处的铁水是有限的，仅对耐火材料表面层的性质有所影响。整个预制块仍保持完整的性能。“脆化层”的消除。因为 800等温线现在在陶瓷杯内部，所以，以前认为在碳质内衬的脆化层现已消除了。这个消除不是理论上的假设，而是被实践所证明。出铁沟磨损的消除。由于使用陶瓷杯，使炉底的深度加深了，这样以前在碳质内衬经常发生的出铁沟磨损，现在得到了很好的消除。3.2.63.2.6 出铁口用耐火材料 出铁口用耐火材料 小型高炉一般设置 1 个出铁口和 23 个出渣口中，大中型高炉则有 24个出铁口和 13 个出渣口。当铁矿石的品位较高时，渣量相应减少，大型高炉可不另设出渣口。随着高炉日益大型化，出铁次数的频繁，导致出铁口负担过重，每个出铁口日出铁量有时高达 3000t 左右。出铁口受到铁水、炉渣、碱的侵蚀和磨损；从出铁开始到出铁结束时温度变化的冲击；同时受到开铁口和堵铁口时的机械振动磨损。因此，出铁口的工作条件极其苛刻。过去出铁口使用的耐火材料有粘土质耐火砖、高铝质耐火砖，目前除继续使用上述耐火砖外，主要研究和使用性能优异的 Al2O3-SiC-C 质材料或炭块。堵塞出铁口用的泥料称为炮泥。炮泥应具有足够高的耐火度，并且要具备下列性能：可塑性和粘结性好，容易挤进填满空隙和裂纹。容易打开，保证铁水和熔渣能均匀流出。8 气孔率适宜，便于干燥时排出水分。高温体积收缩小，以免产生裂纹。烧结性能好，强度好，耐冲刷和耐侵蚀。一般中小型高炉出铁口用的炮泥，主要是采用粘土熟料颗粒、焦粉和沥青混练而成的；而大中型高炉用的炮泥一般是用高铝质材料，并添加碳化硅和炭料等附加物质，以便稳定出铁口的深度。3.2.73.2.7 不定形耐火材料在高炉上的应用 不定形耐火材料在高炉上的应用 近十年来，国内外不定形耐火材料的发展非常迅速，品种不断增加，主要的品种有：耐火浇注料、耐火可塑实、耐火捣打料、耐火喷涂料、耐火投射料、耐火涂抹料和耐火泥浆等。不定形耐火材料对于延长炉衬寿命，提高设备的作业率、降低劳动强度以及简化耐火材料生产工艺等方面将起到促进作用。在一些小高炉上，国内外采用耐火浇注料作高炉内衬，也能正常运行和达到一定的工作年限。高炉内衬是生产中的薄弱环节，特别是炉腹和炉身下部等部位尤为突出，经常因为过早的毁损而被迫停炉大修、中修。为此，各国广泛采用喷补、压入料修补和包扎维护等方法，以提高炉子的使用寿命。3.2.83.2.8 碳质耐火材料在高炉上的应用 碳质耐火材料在高炉上的应用 碳质耐火材料是指包括碳质、半石墨质及石墨质 3 个类别的耐火材料。碳质耐火材料具有较好的导热性、高温体积稳定性及耐化学侵蚀性，虽然碳质耐火材料在一定温度条件下也和空气、二氧化碳、水蒸汽发生氧化反应，在较高温度下也会受铁水及碱金属的侵蚀，但腐蚀速度较低。碳质耐火材料在耐火材料分类中通常称为“炭块”或“炭砖”，两者无本质区别，一般情况下是大尺寸产品称“块”，小尺寸产品称“砖”。但大尺寸和小尺寸并无明确界限。20 世纪 50 年代以前，世界上大多数高炉的炉衬采用粘土砖砌筑，由于粘9 土砖很容易受到碱金属盐类的侵蚀，即使在较低温度下也能发生化学反应，因此高炉投入运行后，在化学反应的影响下，粘土砖的荷重软化温度和耐火度不断下降，导致粘土砖在冶炼过程中逐渐被熔蚀或砌体产生裂纹，所以采用粘土砖砌筑的高炉寿命较短，有时引发炉壁、炉缸或炉底烧穿事故。20 世纪 50 年代以后，炼铁高炉的炉底和炉缸大量使用碳质耐火材料，有的高炉炉腰、炉腹及下炉身也使用碳质耐火材料，采用碳质耐火材料以后，高炉炉役明显延长，很少发生炉底或炉缸烧穿事故。但是，随着高炉大型化和强化冶炼技术的采用，炉衬耐火材料的工作条件越来越恶化，因此对炉衬耐火材料提出更高的要求。70 年代末，各国研制了多种新型碳质耐火材料用于高炉的各个部位，如高密度炭块、微孔炭块、半石墨化质炭块、石墨块、半石墨质-碳化硅块、高温模压炭块等，这些新型碳块（砖）各有各的优点和适用范围。世界主要产铁国家的高炉采用碳质耐火材料的发展史见表 3-5。表 3-5 世界主要产铁国家的高炉采用碳质耐火材料的发展历史 表 3-5 世界主要产铁国家的高炉采用碳质耐火材料的发展历史 年份 美国 德国 英国 苏联 日本 中国 开始研究 1930 1890 1944 开始使用 1940 1920 1945 1944 1950 1957 推广 1955 1939 1949 1958 1960 1960 我国几座高炉内衬选用的耐火材料见表 3-6。表 3-6 我国几座高炉内衬选用的耐火材料 表 3-6 我国几座高炉内衬选用的耐火材料 炉号 宝钢 4 号 武钢 6 号 武钢 1 号 马钢 2 号 马钢 3 号 有效容积/m3 炉底结构 4350 陶瓷底垫 3200 陶瓷杯 2000 陶瓷杯 2545 进口陶瓷杯 907 炭块综合炉底 炉底 石墨砖、D 级炭砖、塑性结合刚玉砖、刚玉泥浆、炭素捣打料、炭素半石墨炭砖、微孔炭砖、莫来石砖、炭素捣打料、炭素泥浆 半石墨炭砖、微孔炭砖、高铝砖、炭素捣打料、炭素泥浆 半石墨炭砖、微孔炭砖、莫来石砖、炭素捣打料、炭素泥浆 半石墨炭砖、高铝砖、10 泥浆 炉缸 热压炭砖、致密粘土砖、炭素泥浆、粘土泥浆 微孔炭砖、微孔刚玉砖、炭素泥浆 半石墨炭砖、微孔炭砖、复合棕刚玉砖、高铝砖、炭素捣打料、炭素泥浆 微孔炭砖、半石墨炭砖、黄刚玉预制块、炭素捣打料、炭素泥浆 半石墨炭砖、高铝砖 炉腹 石墨砖、炭素泥浆、炭素捣打料 Sialon 结 合SiC 砖、SiC泥浆 Sialon 结 合SiC 砖、SiC泥浆 Si3N4结合SiC砖、冷却壁冷镶、莫来石喷涂料 Si3N4结合SiC砖、冷却壁冷镶、高铝砖 炉腰 石墨砖、炭素泥浆、碳化硅砖 Si3N4结合SiC砖、SiC 泥浆Si3N4结合SiC砖、SiC 泥浆、压入泥浆 Si3N4结合SiC砖、SiC 泥浆、SiC 捣打料和喷涂料 Si3N4结合SiC砖、SiC 泥浆和捣打料、高铝砖 炉身下部 石墨砖、炭素泥浆、碳化硅砖 Si3N4结合SiC砖、SiC 捣打料、压入泥浆Si3N4结合SiC砖、SiC 缓冲料、压入泥浆Si3N4结合SiC砖、SiC 泥浆、SiC 捣打料和喷涂料 Si3N4结合SiC砖、SiC 泥浆和捣打料、高铝砖 炉身上部 石墨砖、炭素泥浆、碳化硅砖、Si3N4结合SiC砖、SiC 捣打料、缓冲料和泥浆、浸磷粘土砖、粘土泥浆、高铝质捣打 料 和 缓 冲料、铁屑填料Si3N4结合SiC砖、SiC 捣打料、缓冲料和泥浆、浸磷粘土砖、粘土泥浆、高铝质捣打 料 和 缓 冲料、铁屑填料Si3N4结合SiC砖、SiC 捣打料和泥浆、浸磷粘土砖、粘土泥浆 Si3N4结合SiC砖、SiC 捣打料和泥浆、浸磷粘土砖、粘土泥浆 炉喉 自流浇注料、炭素填料、高铝喷涂料 炉喉钢砖（粘土 质 高 强 度浇注料）、铁屑填料 炉喉钢砖（粘土 质 高 强 度浇注料）、铁屑填料 普 通 粘 土 浇注料 普 通 粘 土 浇注料 铁口组合砖 刚玉-莫来石砖 刚玉-莫来石砖 黄 刚 玉 预 制块 塑 性 结 合 刚玉砖 风口组合砖 硅线石砖、高铝泥浆 刚玉-莫来石砖 刚玉-莫来石砖 刚玉-莫来石砖 高铝砖 备注 炉 底 水 冷 管部 位 用 材 料有 炭 素 捣 打料、耐热混凝土 炉 底 水 冷 管部 位 用 材 料有 炭 素 捣 打料、耐热混凝土 炉 底 水 冷 管部 位 用 材 料有 炭 素 捣 打料、耐热混凝土 炭素捣打料、粘土浇注料 炭素捣打料、粘土浇注料 3.2.93.2.9 各部位用耐火制品的理化指标、尺寸误差和要求 各部位用耐火制品的理化指标、尺寸误差和要求 3.2.9.1 高铝砖 高炉用高铝砖是以高铝矾土熟料为主要原料制成的用于砌筑高炉的耐火制11 品，YB/T5015-1993 将高炉用高铝砖按理化指标分为 GL-65、GL-55、GL-48 三种牌号，其理化指标、尺寸允许偏差及外观见表 3-7 和表 3-8 表 3-7 高炉用高铝砖的理化指标 表 3-7 高炉用高铝砖的理化指标 指 标 项目 GL-65 GL-55 GL-48（Al2O3）/%65 55 48（Fe2O3）/%2.0 耐火度/1790 1770 1750 0.2MPa 荷重软化开始温度/1500 1480 1450 1500，2h 0-0.2-重烧线变化率/%1400，2h 0-0.2 显气孔率/%19 18 常温耐压强度/MPa 58.8 49.0 透气度 必须进行此项检验，将实测数据在质量证明书中注明 表 3-8 高炉用高铝砖的尺寸允许偏差及外观（mm）表 3-8 高炉用高铝砖的尺寸允许偏差及外观（mm）项 目 指 标 炉底砖 2 长度 其它砖 1.5%宽度 2 尺寸允许偏差 厚度 2 炉底砖 1 其它砖 1.5 缺棱、缺角深度 5 熔洞直径 5 宽度0.25 不限制（不准成网状）宽度 0.260.50 15 裂纹长度 宽度0.50 不准有 3.2.9.23.2.9.2 粘土砖 粘土砖 高炉用粘土砖是以耐火粘土为原料生产的用来砌筑高炉内衬的粘土砖。高炉用粘土砖用于大高炉炉身及小高炉炉衬的炉喉、炉身、炉底。高炉用粘土砖要求常温耐压强度高，能够抵抗炉料长期作业磨损；在高温长期作业下体积收缩小，有利于炉体保持整体性；显气孔率低和Al2O3含量低，减少炭素在气孔中的沉积，避免砖在使用过程中膨胀疏松而损坏；低熔点物形成少，高炉用粘土砖比一般粘土砖具有优良性能。12 YB/T5050-1993 将高炉用粘土砖按理化指标分为 ZGN-42 和 GN-42 两种牌号，其理化指标、尺寸允许偏差及外观见表 3-9 和表 3-10。表 3-9 高炉用粘土砖的理化指标 表 3-9 高炉用粘土砖的理化指标 指 标 项 目 ZGN-42 GN-42(Al2O3)/%42 42(Fe2O3)/%1.6 1.7 耐火度/1750 1750 0.2MPa 荷重软化开始温度 1450 1430 重烧线变化/%（1450，3h）0-0.2 0-0.3 显气孔率/%15 16 常温耐压强度/MPa 58.8 49.0 透气度 必须进行此项检验，将实测数据在质量证明书中注明 表 3-10 高炉用粘土砖的尺寸允许偏差及外观（mm）表 3-10 高炉用粘土砖的尺寸允许偏差及外观（mm）项 目 指 标 炉底砖 2 长度 其它砖 1.0%宽度 2 尺寸允许偏差 厚度 1 345 1 炉底砖 345 1.5 扭曲 其它砖 1.5 缺棱、缺角深度 5.0 熔洞直径 3.0 宽度0.25 不限制（不准成网状）宽度 0.260.50 15 裂纹长度 宽度0.50 不准有 渣蚀 不准有 表 3-11 磷酸浸渍粘土砖的理化指标 表 3-11 磷酸浸渍粘土砖的理化指标 项 目 指 标(Al2O3)/%4145(P2O5)/%7(Fe2O3)/%1.8 0.2MPa 荷重软化开始温度/1450 重烧线变化（1450，3h）/%-0.20 显气孔率/%14 常温耐压强度/MPa 60 抗碱性（强度下降率）/%15 表 3-12 磷酸浸渍粘土砖的 尺寸允许偏差及外观（mm）表 3-12 磷酸浸渍粘土砖的 尺寸允许偏差及外观（mm）项 目 指 标 长度 2 宽度 2 尺 寸 允 许偏差 厚度 1 砖长345 1 扭曲 砖长345 1.5 宽度0.25 不限制 宽度 0.260.50 15 裂纹长度 宽度0.50 不准有 缺棱、缺角深度(abc)25 熔洞直径 3 3.2.9.3 磷酸浸渍粘土砖 高炉用磷酸浸渍粘土砖是砌筑高炉 内衬用的磷酸浸渍粘土砖。YB/T112-1997 规定高炉用磷酸浸清粘土砖的代号为 CLN-42，其理化指标，尺寸允许偏差及外观见表 3-11 和表 3-12。3.2.9.4 碳化硅砖 碳化硅砖是用碳化硅为主要原料烧制的耐火制品。其主要特征是 SiC 为共价结合，不存在通常的烧结性，依靠化学反应生成新相达到烧结。20 世纪 70 年代 SiC 质耐火材料在国外高炉上使用后，取得了很好的使用效果，一代高炉寿命延长到 10 年或 10 年以上。我国 1985 年在鞍钢 6 号高炉上首次使用 Si3N4结合碳化硅砖获得成功，对 SiC 制品的研究与开发逐步深入，产品性能不断提高。目前，我国高炉用优质碳化硅砖主要品种有：Si3N4结合碳化硅砖，Sialon 结合碳化硅砖和自结合（SiC 结合）碳化硅砖。Si3N4结合碳化硅砖。Si3N4结合碳化硅砖是用 SiC 和 Si 粉为原料，经氮化烧成的耐火制品。SiC、Si3N4都是共价键化合物，烧结非常困难。在多级配的SiC 颗粒和细粉中，加入磨细的工业硅粉，Si 与 N 在高温下按下式进行烧结反应：2N3Si Si3N4。反应生成的 Si3N4与 SiC 颗粒紧密结合而形成以 Si3N4为结合相的碳化硅制品。经研究发现，大多数 Si3N4结合相为针状或纤维状结构，存在于 SiC 颗粒周围或孔隙处，Si3N4呈纵横交错的结构与 SiC 颗粒紧密结合，使这种新型的耐火材料具有很高的常温和高温强度。YB4035-1991 规定，高炉用氮化硅结合碳化硅砖按其理化指标将制品分为两类，分别为 DTZ-1 和 DTZ-2。标准规定制品的理化指标应符合表 3-13 的要求。高炉用标准型号制品的尺寸允许偏差及外观应符合表 3-14 的规定。高炉用非标准型号制品的尺寸允许偏差及外观要求，一般由供需双方协议来定。13 表 3-13 高炉用氮化硅结合 碳化硅砖的理化指标 表 3-13 高炉用氮化硅结合 碳化硅砖的理化指标 指 标 项 目 DTZ-1 DTZ-2 显气孔率/%17 19 体 积 密 度/gcm3 2.52 2.58 常温耐压强度/MPa 150 157 常温抗折强度/MPa 43.0 39.2(SiC)/%72 70(Si3N4)/%21 20(Fe2O3)/%1.5 2.0 14 表 3-14 高炉用标准型号制品的氮化硅结合碳化硅砖尺寸允许偏差及外观（mm）表 3-14 高炉用标准型号制品的氮化硅结合碳化硅砖尺寸允许偏差及外观（mm）指 标 项 目 DTZ-1 DTZ-2 长度 2 2 宽度 1.5 2 尺 寸允 许偏差 厚度 1.0 1.5 1.5 长度230 1.5 1.5 扭曲 长度 231350 2 2 宽度0.25 不限制 不限制 宽度0.260.50 15 15 裂 纹长度 宽度0.50 不准有 不准有 缺棱、缺角深度 5 5 熔洞直径 5 5 渣蚀 不准有 不准有 注：高炉用非标准型号制品的氮化硅结合碳化硅砖尺寸允许偏差及外观要求，由供需双方协议。Sialon 结合SiC 砖。在 1700时，在 Si3N4-Al4N4-Al2O3-Si3O6构成的正方形相图中，有以 Si3N4为起点的 4/3（Al2O3、AlN）延伸，组成在相当大范围内变化的Sialon 相；有以 Si2ON2为起点的大体向 X 方向延伸，组成在较小范围内变化的 O-Sialon 相。在氮化硅结合制品的生产过程中，加入适量加入物，使氧进入 Si3N4晶格，生成一定数量的Sialon 固熔体相，制出 Sialon 结合的 SiC砖。表 3-15 为 Sialon 结合 SiC 砖的理化指标。自结合SiC 砖。在工业-SiC 原料中加入工业硅和碳，在高温还原气氛下发生 Si(s)C SiC(s)的反应，生成-SiC，与原生高温型-SiC 颗粒结合，制出自结合 SiC 材料，使制品具有良好的性能。表 3-16 为我国生产的 SiC 质耐火制品与国外的 SiC 质制品的理化指标相比，我国生产的 SiC 质耐火制品各方面指标均达到了国外同类产品的水平。表 3-15 Sialon 结合表 3-15 Sialon 结合 SiC 砖的理化指标 砖的理化指标 项目 指标 项目 指标(SiC)/%72 常温抗折强度/MPa 54(N)/%5.8 热态抗折强度/MPa(1400,0.5h)55(Fe2O3)/%0.5 热震稳定性(1100 水冷)/次 30 15 荷重软化开始温度(0.2MP0.6%)/1700 线膨胀系数(201000)/K-1 4.910-6显气孔率/%13 25(20)体积密度/gcm3 2.80 热导率/W(mK)-1 13(1200)耐压强度/MPa 200 抗碱性评价 U 表 3-16 我国高炉用优质碳化硅制品和国外的同类耐火制品的理化指标 表 3-16 我国高炉用优质碳化硅制品和国外的同类耐火制品的理化指标 制品 指标 Si3N4结 合SiC 砖 Sialon结合SiC 砖 自 结 合SiC 砖 美国 Si3N4结合SiC砖英国Sialon 结合 SiC 砖 日本自结合 SiC 砖结合相 Si3N4 Sialon-SiC为主Si3N4 Sialon-SiC为主体积密度/gcm3 2.73 2.70 2.70 2.65 2.70 2.67 显气孔率/%13 15 15 14.3 14 16 耐压强度/MPa 228.6 220.2 162 161 213 166.1 常温 53.8 52.7 48.3 43 47 37.1 抗折强度/MPa 1400 56.9 49.8 39.0 54(1350)48(1350)42 800 18.6 19.4 16.3(1000)20 热 导 率/W(mK)-1 1200 15.7(1300)16 16.9 17 线膨胀系数(201000)/K-1 4.610-6 5.110-64.210-6 4.710-6 5.110-6 4.410-6 SiC 70 70 87.76 75.6 85.38 Si3N4 20 20.6 Sialon 20 Si 0.39 化学成分/%Fe2O3 0.31 0.42 0.5 1.79 3.2.9.5 铝炭砖 氮化硅结合碳化硅砖在高炉炉身下部的使用效果好，但该砖价格过高（每吨 85009000 元）难以普遍推广。我国耐火材料工作者，在借鉴炼钢用铝炭质滑板砖的生产工艺基础上，开发了高炉铝炭砖，该砖性能优良、价格便宜，已在大中小型高炉上推广应用。高炉铝炭砖采用特级高铝矾土熟料，鳞片状石墨及 SiC 为主要原料，添加抗碱剂及其它附加物，用酚醛树脂为结合剂，机压成型，按烧成和不烧成分为致密型（烧成温度不大于 1450）和普通型铝炭砖，经 200250低温固化焙烧。高炉铝炭砖具有气孔率低、透气度低、耐压强度高、热导率高、抗渣、抗碱、抗铁水溶蚀及抗热震性好等各种优良性能。铝炭砖。YB/T5269-1999 适用于以低铁高铝矾土熟料、鳞片状石墨为主16 要原料，酚醛树脂为结合剂，经机压成型工艺制成的铝炭砖。该产品适用于砌筑中小型高炉炉身及炉底。铝炭砖理化指标应符合表 3-17 的规定，高炉用标准型铝炭砖的尺寸允许偏差及外形应符合 GB2278 的规定。表 3-17 铝炭砖的理化指标 表 3-17 铝炭砖的理化指标 指 标 指 标 项 目 TKL-1 TKL-2 项 目 TKL-1 TKL-2(Al2O3)/%58 55 常温耐压强度/MPa 30 25(SiC)/%5 4 常温抗折强度/MPa 12 9(固定炭)/%14 12 体积密度/gcm3 2.5 2.5 显气孔率/%13 15 0.2MPa荷重软化开始温度/1630 1600 平 均 线 膨 胀 系 数(1000)/-1 2.410-6 2.410-6 表 3-18 铝炭砖的尺寸允许偏差(mm)表 3-18 铝炭砖的尺寸允许偏差(mm)项 目 允许偏差 项 目 允许偏差 100 1.5 缺角 5.0 101200 1.5 缺棱 4.0 201300 2.0 熔洞 不准有 尺 寸 允 许偏差 300 2.0 0.1 不限 长度300 1.5 0.10.3 30 扭曲 长度300 2.0 裂纹 0.3 不准有 烧成微孔铝炭砖。烧成微孔铝炭砖是指平均孔径不大于 1m 的孔容积占开口气孔总容积的比例（%）不小于 70%的烧成铝炭砖。烧成微孔铝炭砖一般用于砌筑高炉内衬。YB/T113-1997 将烧成微孔铝炭砖，按理化指标分为 WLT-1、WLT-2、WLT-3 三个等级。砖的理化指标应符合表 3-19 的规定，砖的尺寸允许偏差及外观应符合表 3-20 的规定。表表 3-19 烧成微孔铝炭砖的理化指标 烧成微孔铝炭砖的理化指标 指 标 项 目 WLT-1 WLT-2 WLT-3(Al2O3)/%65 60 55(C)/%11 11 9(TFe)/%1.5 1.5 1.5 常温耐压强度/MPa 70 60 50 体积密度/gcm3 2.85 2.65 2.55 显气孔率/%16 17 18 铁水溶蚀指数/%2 3 4 热导率(0800)/W(mK)-1 13 13 13 17 抗碱性（强度下降率）/%10 10 10 透气度/m2(mDa)4.9410-4（0.5）1.9710-3（2.0）1.9710-3（2.0）平均孔径/m 0.5 1 1 1m 孔容积/%80 70 70 注1.孔径分布检测范围：0.006360m；2.铁水溶蚀指数仅用于炉缸和炉底。表表 3-20 烧成微孔铝炭砖的尺寸允许偏差及外观 烧成微孔铝炭砖的尺寸允许偏差及外观(mm)指 标 项 目 WLT-1 WLT-2 WLT-3 长度 1.5 2 宽度 1.5 2 尺寸允许偏差 厚度 1 1 长度345 1 1 扭曲 长度345 1 1.5 宽度0.25 不限制 不限制 宽度 0.260.50 15 15 裂纹长度 宽度0.50 不准有 不准有 缺棱、缺角长度(abc)25 25 熔洞直径 3 3 注：用该砖砌筑炉底时尺寸允许偏差要求严，磨砖应达到用户要求。3.2.9.6 炭砖 炭砖是用热处理无烟煤或焦炭、石墨为主要原料，以焦油沥青或酚醛树脂为结合剂制成的耐火制品。炭砖在高炉中的应用发展很快。炭砖具有以下性质：耐火度高；极高有荷重软化温度；高温耐磨性能良好；良好的化学稳定性；高温体积稳定性好；良好的导热性和导电性；抗热震性好。高温下易氧化。炭砖的以上特性，很适应高炉炉底和炉缸生产特点对内衬的要求。近年来，炭砖的使用范围不断扩大，炉腹和炉身下部也开始采用炭18 砖。高炉炭块。YB2804-1991 规定了高炉炭块和炭键的理化指标和尺寸允许偏差，见表 3-21 和表 3-22。表 3-21 高炉炭块和炭键的理化指标 表 3-21 高炉炭块和炭键的理化指标 指 标 指 标 项 目 炭块 炭键 项 目 炭块 炭键(灰分)/%10 2 体积密度/gcm3 1.50 耐压强度/MPa 30 30 耐碱性/级 C 气孔率/%22 28 抗折强度/MPa 8 注：1.热导率、透气度两项作为参考指标。2.每生产一座高炉的炭块，要为用户提供热导率（800、400、200）和透气度指标。表 3-22 高炉炭块和炭键的尺寸允许偏差(mm)表 3-22 高炉炭块和炭键的尺寸允许偏差(mm)允许偏差 长度 名称 部位 砌筑方法 宽度 高度 有工作端 无工作端宽缝1，41 5 10 卧砌窄缝1 1 5 10 满铺炉底 立砌窄缝1 1 1 炭块 综合炉底及炉缸等部位 环型层 1，21 5 炭键 直径1，长度5 键槽 直径2，相邻块键槽的同轴度偏差不大于 2 半石墨炭砖。关石墨炭砖是采用高温煅烧无烟煤、石墨、添加剂为主要原料而制成的耐火制品。半石墨质炭砖配方中一般不使用冶金焦为粉料，而使用磨碎的石墨为粉料，半石墨砖的导热性能非常好，而且抗碱金属盐类腐蚀的能力也比普通炭砖好。我国某些耐火材料厂生产的半石墨炭砖的理化指标见表 3-23。表 3-23 半石墨炭砖理化指标 表 3-23 半石墨炭砖理化指标 指 标 项 目 WSB HYB GYB 真密度/gcm3 1.90 1.9 体积密度/gcm3 1.52 1.55 1.5 显气孔率/%18 20 20 氧化率/%20 透气度/mDa 60 抗折强度/MPa 8.5 9 7.8 19 耐压强度/MPa 30 35 30 铁水溶蚀指数/%30 抗碱性能 U，LC U，LC 平均孔半径/m 1.25 1.0m/%56 灰分/%7 8 常温 7 300 9 600 10 热导率/W(mK)-1 900 12 800，8 800，7 自焙炭块。自焙炭块及自焙炭块技术是一种新型炭质炉衬材料和成套炉衬技术。自焙炭块除了具有传统的焙烧炭块所具有的耐高温、高温强度大、不易粘渣铁、耐侵蚀等特性外，能够利用烘炉和生产过程中的热量逐步焙烧成坚实、致密近于无缝的整体炉衬。我国耐火材料厂生产的自焙炭块的理化指标见表 3-24。表 3-24 自焙炭块的理化指标 表 3-24 自焙炭块的理化指标 指 标 HYZ GYZ 自焙炭块 抗氧化自焙炭块 TKZ-1 TKZ-2 项目 焙烧前焙烧后(800)焙烧前焙烧后(800)焙烧前焙烧后(800)焙烧前 焙烧后(800)(固定炭)/%85 93 90 93 85 93 82 90(灰分)/%5 6 7.3 6.2 5 6 9 10 体积密度/g cm3 1.621.52 1.631.54 1.621.52 1.6 1.5 显气孔率/%10 20 10.520 10 20 13 23 耐压强度/MPa 31 31 30.431.6 31 31 26 26 800焙烧后 收缩率/%0.06 0.05 0.05 0.1 抗氧化率/%15 抗碱性能/级 0 热导率/W(mK)-1 8.0 微孔炭块。微孔炭块是用高温电燃烧无烟煤、人造石墨、碳化硅为主要原料，煤焦油沥青为粘结剂，加入多种添加剂微粉，经过振动成型、高温焙烧、精磨加工而制成的，主要用于高炉炉底上部和炉缸、出铁口。YB/T141-1998 规定的微孔炭块的理化指标见表 3-25。20 表 3-25 微孔炭块的理化指标 表 3-25 微孔炭块的理化指标 项 目 指 标 项 目 指 标 真密度/gcm3 1.90 抗碱性能/级 U，LC 体积密度/gcm3 1.54 平均孔半径/m 0.5 显气孔率/%18 1.0m/%70 氧化率/%10 常温 7 透气度/mDa 14 300 9 耐压强度/MPa 36 600 10 铁