炼铁用耐火材料的现状及发展趋势.pdf

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1、2 0 0 1 年 第 5期 国外耐火材料 3 炼铁用耐火材料 的现状及发展趋 势 摘 要 耐 火 材料 工业 与钢 铁 生产 密切 相关。虽 然钢 铁工 业用 耐 火 材料 消 耗 不断 减 少，但是 随 着世 界 钢铁 产 量 的逐 步 提 高 今 后 对耐 火 材料 的需 求 也 会 不断 增 加。2 0世 纪 5 0年 代 世界 钢 产量 增 加 1 0 在过 去 的 l 0年里，耐火 材 料 的应 用有 所 变 化 不 定 形 耐火 材 料 的用 量增 加，这 主 要 取决 于新 技术 的 运用。例如：罘 用泵 送、喷补 喷抢 技术。本 文将 介 绍新 型 耐火 材料 的 发展 及应

2、 用 并 对炼 铁用 预 浇 注成 型 耐 火材 料 做 出评 价 同 时 探讨 耐 火 材料 的发 展趋 势 及 应用。关键词耐火 材料高炉 出铁 场铁水 包鱼雷罐 车 1耐火材 料简介 1 1 耐 火 砖 在 过去 的 2 0年 里，耐 火砖 的用 量 不断 减 少，但 高 炉 衬 用 高 档 高 铝 砖(A 1：O 7 0 8 5 )用量 增 加，这 是 因 为高 铝 砖不 产 生局 部 过 热，从 而 延长 炉 村 的使 用 寿命。通 常铁 水 包、鱼雷罐 车内村采用粘 土 砖和高铝 砖，鱼雷 罐 车渣 线 部 位 一 般 采 用 A l 2 0 3 一S i C砖。大 多 数 高炉

3、出铁 场，在铁 水沟 的主 内衬后通 常采用 低 档粘 土砖。最 近几 年，由于对 砖 的需求 量减 少，炼铁用 耐火 砖没 有太 多的改 进。1 2不 定 形 耐 火 材料 从 8 0年代起，不定 形 耐 火材料 的用量 显 著 增加，从 8 O年代初 到 9 0年代 先后 开发 出的 低 水 泥 浇 注 料(L C C)、超 低 水 泥 浇 注 料(U L C Cj，使 不定 形 耐 火材 料得 到 了更 广泛 的 应 用。低水 泥浇注料可 预制 成型 的性 能，使其 有 了更 广阔的应用领 域。今 天，大 多数高炉 出 铁场采用超低水泥浇注料替代传统的捣打料。一般来说，大多数钢 铁行 业

4、 中，可塑 料和捣 打 料 已被 淘汰。自从 8 0年 代后 期 泵送 的凝胶 结 台浇注料的开发，人们开始改进低水泥、超低 水泥浇注料的组份，以便用作泵送料。凝胶结 合 泵送 浇注料 的开发 为不 定形 耐火材料开辟 了 一个 新 的领域。应用 泵送 料 的优 点是：可快速 干燥，耐热性好，可广泛 用 于炼 钢、炼铁 和铸 造行 业。此外，采用新技 术 如喷 射修补原 耐火 材料衬体及各类沟槽炉衬，可进一步提高低水 泥和凝胶 结合泵送 料 的用 量，将来 不定形耐火 材 料会有 更大 的市场，2 耐 火材料 的发展 在 过 去 的 2 O年 里，不定 形 耐 火材 料有 了 长足 的发 展。

5、由于低水 泥 超低水 泥浇注 料 的 开发，使 不定形 耐火材料 的用量显 著增加。这 些新型浇 注料 的应用，不 仅替代 了牯土砖，而 且 也替代 了象可 塑料、捣 打料这 些不定形 耐 火 材料 低水 泥、超 低水泥 浇注 料的主要缺点是 施 工体干燥 速度慢、时间长，尽管 添加 了塑性 纤 维和金属 添加剂，其性 能有所改进，但施 工时 还会 出现 爆裂和 剥落。低 水 泥、超低水泥 浇注 料 的另一 个缺点 是高温 强度低、耐热震性差。水合氧化铝结合的无水泥浇注料虽然使高 温 强度 得 以 改进，但 是 还 需 要较 长 的干燥 周 期，且脱 模强度 低。也 就是说，它们 同样需要 与

6、低水泥 浇 注料 相类似 的作业条 件 新近 开发 的溶胶 一凝胶结 合耐火 材料，使不定形耐火 材 料 的性能 得 以改 进，有 了更广 阔的应用领 域。溶胶 一 凝胶结台耐火材料施工方法更简便、迅 速，干燥 时 间快，高温强度 高，耐热震性 好。渣沟 用低 水 泥浇 注料 和凝 胶结台 浇注料性 能对 比见 表 1，具 有 同 等 A b 0，含 量 的低 水 泥浇 注 料和凝胶 结台浇 注料 的耐热震性对 比见 图 1。3高 炉用 耐火材 料 3 1 炉 缸 高 炉 内不 同 的部 位 使 用不 同 种类 的耐 火 维普资讯 http:/ 国外耐火材料 2 0 0 1年第 5期 砖。通常

7、情 况下，炉 缸耐火 材料选 用含 石墨、碳及 碳化 硅 的砖。这 些砖 耐侵 蚀性 好，可延长 炉 缸 的使 用 寿命(1 01 5年)。最 近几 年，已 开发 出炉缸用新 型 内衬 材 料。因为砖 中的碳在 不饱 和铁 水中溶解，所 以新 型设计在 碳砖 的前 面砌 一层 陶瓷衬，即陶瓷杯，以改变碳 的等温 溶 解 温 度，使 之 与 热 面 温 度 相 当，即 1 1 5 0 同时外加石 墨会 提高导热率。冷却方 式 的改善 及炉 缸设计 的改变(采用 陶瓷杯)，炉 缸 的寿命 显著 地改进 表 1 高炉 渣 沟用低 水 泥浇 注料 和 凝肢 结 合 浇 注料 的性 能 1 l 0 8

8、1 5 1 4 t 3 0c c 高温抗折强度 l 09 0 1 4 0 0*：还原 气姐 强度损 f M c一1 7 1 鞋 腔 抵 m 图 1 具有 同 等 AI 0 含量 的 低水 泥和 凝 胺结 合浇 洼料 的 耐热爱 性 比较 由于陶瓷顶层 延长 了炉衬 的使用 寿命，因 此 陶瓷底 已被 陶瓷侧壁 内衬 所补充。这种 内衬 保 护了碳砖 免受铁水的溶解，减 少了碱性侵 蚀，改进 了抗热震性，改变 了进人 附瓷材料 的 等温 温度，即 9 0 0 3 2 妒 村 一般情 况下，高炉上部 砌筑常温 耐压 强度 高的电熔氧化铝砖或碳化硅砖。最近高炉上部 采用 高性 能 浇 注料，因为它

9、的性能与砖 相似 除此 之 外 还具 有经 济实 用、施 工周 期 短 的特 点。3 3耐 火修补 料 借助 多种技 术 可对高炉 上部和炉缸进 行修 补，以延长 炉衬 的使用寿命。由于紧急 修补受 工 期所 限，所 以对炉 衬上部修补 采用 自动喷补 机。喷 射 浇注 料 比喷 补 料 的性 能好得 多，将 来，在这 些 区域 人们 将采 用 自动喷射技术进 行 修补。最 好 的混合料 是采 用凝胶结 合喷射混 合 料，因为它 比喷 射浇 注料干燥 时间更短、更 安 全。凝胶 结合 混合料 不需要水化 时间，所 以它 的各项 性 能 比水 泥结合喷 朴料更好。3 4 出铁 口 用 耐 火 材

10、 料 随着 高炉尺 寸 和容积 的增 大，炮 泥用耐 火 材 料 已 由硅 质 变 为 高 铝 质 l 矾 土、电熔 氧化 铝)。同样 的，根据 环 境 的要求，对 传统 的煤 焦油成 份进 行改进 当然 现在市场上还 有煤 焦 油 和树 脂结合 的炮泥 炮 泥 需满足 下列 要求：在泥浆喷枪和出铁 口中具有好的塑性 封阻性 好、硬化速 度快 耐铁水 及熔 渣侵蚀 性好 透气性 好、易排 气 能够 满足环境 要求 易钻开 贮存 期长、不 易硬化 具 有 高炉耐火材 料 同样稳定 的性能 虽 然 硅 质 炮 泥 价 格 便 宜，但 在浇 注过 程 中，出铁 口径扩大，材料消耗量大。台有 S i

11、C 及特 殊碳 的炮 泥，耐渣蚀性 好，可延 长 出铁时 间，适 用 于直 径 为 1 0 m的高炉。含有 S i C、添 加剂 如 s b N 和特 殊碳 的矾土质、电熔 氧化 铝 维普资讯 http:/ 2 0 0 1年第 5期 国外耐火材料 质炮 泥，使 用 时 出铁 口不 扩径，出铁 条 件 稳 定，铁 水和渣有 稳定 的流 出速 度，可长时 间 出 铁，成 本 低，适 用 于 大 型 高 炉(炉 缸 直 径 1 0 m)。但 是 由 于强 度高，需 要 特殊 的钻 孔 机 打开 铁 口。下列性能是 评定炮 泥的标 准：烧 结 速 度 6 o o 时 烧 结 5 mi n达 到 1 5

12、4 MP a，8 0 0 时 烧 结1 0 rai n达 到3 1 0M Pa 在动态 感应条件下，炮 泥在 铁水 和熔 渣 中具 有好的耐 侵蚀性 通 过 添 加 纤 维 复 合 材 料，使 其 在 1 5 0 0 铁水 中有 较好 的耐热震性 具有较 长 的贮存期 和流 变性 几年前，日本钢铁 厂开始使用 浸渍棒，在 关闭 铁 后用 钢棒开启铁 口，控制 铁水 流速。在美 国某 些工 厂也 已进行 这项实验，但还 没有 引起 全球 注 目。4 高炉 出铁场 用浇 注耐火材料 耐火材料 的发展与应 用技术 紧密相 关，早 在 9 o年 代，泵送 浇注施 工作 业是 最 重大 的改 进，泵送

13、浇注 即可 节省时 间，又便 于施 工。在 大 型 高炉 出铁 场，渣 沟通 常 浇 注 两层 耐火 材 料。永 久衬 用 铝矾 土基 A I 1 0 一S i CC质 浇 注 料，工作衬 用 电熔 AI 0 一S i CC质 浇注 料。因为铁水 中所带的渣特 别少，所 以有些 高炉 的 渣 沟和铁 沟采用单层 衬，铁 沟采 用 以矾 土颗粒 为主原料、加入少量 S i C的浇 注料。对有一 个 出铁 口的高炉，适 宜采用 预制成 型 出铁沟。它不 仅节省 了更换 时间，同时也改 善 了作业环境，提高 了使用性能。在某些工 厂，建 议一 个 出铁 口式 高炉采用 可更换式 预制 出铁 沟，这样

14、可 以降低二 次 浇注施 工的成本。出铁场外 的 预制成 型 出铁 沟 的安装通 常 比现场 安装更好，使用 寿命 更长，这样可 以降低耐 火 材 料 成 本。当 然，包 括 需 用 一 些 设 备(如 吊 车、铁轨)运送新 旧 出铁 沟。尽管在 铁沟设计 上没有太 大的改 进，但据 以往的经验，铁沟所 需最短 长度应 是在 非湍 流 状 态下铁水 和渣应适 当分离。已发现铁 沟底 和 侧壁 最 适 宜 的角度 是 1 01 2。也就是 说，底 与壁 接合处 圆角 的比尖 的好，铁 水可 以平 稳地 流过，形成的渣壳最小。所以设计出铁 口时，靠近 铁 口有 一个 由窄 到宽 的冲击 区，它可

15、以向 前产 生 冲击 力，避免倒 流。对 铁淘来说，铁 沟 盖 是 很 重 要 的，它 不仅 可 以减 轻对 环 境 的污 染，也可 以对铁 水起保 温作用，使渣壳 的形成 最小 化，更 好地提高铁水 与渣 的分离效果。对铁沟 衬的设计有 两种思路，其 中之 一是 在安 全衬 的后 面采取冷却 措施，使之产 生较大 的温 度梯度，与磨损 曲线相一致。在没有 开发 出耐 磨 的铁 沟 内村材料前，显然 是很有利 的。但是，同时 它引起较 大的温 度变化，增加 纵 向 裂纹。所 以，在 最终确定 铁沟设 计方案前 应慎 重 考 虑。除 了一些 小高炉 因出铁场设 备所限外 高 炉 出铁 沟均采用

16、超低水 泥浇注料 或凝胶 结合 浇 注料 在世界 各地，铁 沟浇注料 或泵送 料 一般 都采 用 电熔 棕 刚玉 或 板状 刚 玉作 骨 料，加 A S i C、石 墨和 金 属 添加 剂、以铝酸 钙水 泥 或凝 胶 作结合 剂。高炉出铁淘 用超 低水 泥浇注 料和 凝 胶结合 浇注料 的性能见 表 1。4 1渣 沟修 补料 最近 开 发 的采 用 喷涂 喷 补技术 施工 的耐 火 材料性 能 良好，施 工更 方便，因为它 不需要 安 装模 具。随着性 能的改进，其组成与 喷涂料 相 同。这 项技 术 即适用 于低水 泥浇 注料，又适 用 于凝 胶 结合 浇 注料 现在大 多数渣沟衬 都采 用

17、 喷涂 喷补 技 术维护，直 到 沟衬 蚀 损严 重需 局部浇注修朴。超低水泥浇注料和凝胶结合浇 注料(高炉渣沟修朴用)性能见表 2。4、2 铁水 包和 鱼雷罐 车 在 大 多 数 工 厂，铁 水 包 还 是 砌 筑 A1：0 6 o 7 0 的 高 铝 砖。最 新 开 发 的 A1：0 7 0 凝 胶结 合 浇 注料 寿命 相 当 高。由于 其 工作衬 表面平 滑不挂渣，还增大 了铁水 的容 量。采用 浇注料 局部修补对 提高 内衬 寿命 是 相 当有 意 义 的。因 为 A l：0 3 7 0 凝 胶结 合 浇 注 料 耐 热震 性好(见图 1)，所 以包衬 在使用 过程 中 几乎 不产生

18、 剥落。维普资讯 http:/ 国外耐火材料 2 0 0 1年第 5期 表 2 高 炉 渣 沟用低 水 泥和 凝胶 结 台 喷涂 喷补 浇 注 料 的物 理 性 能 性 能 低 水 混浇 注料 凝胶 结台 浇 注 体积 密 度，I 1 0 2 8l 2 8 5 8I 5 。2 8l 2 8 6 l 4 I o5：。2 8 3 2 8 9 气孔 率 I 1 0 l 8 5 I 8 5 8I 5 。l 9 0 I 9 0 l 4 0 o 。l 9 5 I 8 5 常温耐 压强 度 I】0 2 s 2 4 8l 5 。芷 3 7 l 4 t 3 o：。l B 如 抗折 强 度 I 1 0 6 5 5

19、 5 8I 5 2 6 9 l 4 0 O 。3 5 8 5 *：还 原 气氛 表 3 低 水泥 喷 涂 喷 补 料 的性 能 性 能 椰 6 5 化学成 分 呜 S1 0 丁l F n C a o 5 8 8 6 3 5 ；气 孔率，81 5 l 5 2 l 8 5 常温抗折强度,d P a 1 1 0 ：8 2 l 0 7 81 5 l 2 7 1 2 9 l 3 7 0 l 0 6 l 2 O 高温抗折强度，I 3 7 o 6 0 6 5 当在鱼雷罐 车内脱硫时，内村大多采用 A 1 z 0，7 0 的高 铝 砖，渣 线 采 用 A 1：0，一S i C 砖。鱼雷罐车冲击区采用与渣沟相同

20、的材料，使用 寿命 也较好。在 美 国，修 补 鱼 雷 罐 车 内 村 均 采 用 Ah O，6 0 6 5 的低水 泥 浇注料 喷涂 喷 补，此种浇注料 的性能见表 3。改进工艺提高铁水 包效 率是 相 当有意 义 的。铁水 包 喷补 喷 涂 由 耐火厂 或承包商 来完 成，减轻 了工人 的劳动强 度。修 补 需 用 料 4 5 0 0 06 0 0 0 0 t，吨 钢 成 本 如 5美 元。修补 铁 水 包，周 而 复 始，直 到耐 火砖衬 用到很薄 需重新砌 筑。5 耐火材料 的发 展趋 势和应 用 在 美 国及世 界各 地，任何一个 钢铁公 司新 高炉修 补都 是无 计划 的，也是不

21、可预见 的。高 炉维护 和修 补 主要取 决 于炼钢厂。最近几 年，炉 身 上、下 部 用 耐 火 材 料 已 由 高 纯 粘 土 向 A h O，7 0 8 0 的高 档 高 铝砖 逐 渐 增 加 高 铝砖有很 高 的强 度和耐 侵蚀性，但 固砖缝 火泥 被侵蚀 或钢 壳移 动，炉衬 整体性 不好，使 炉壳 变形，局部 过热 而损 坏。以前没 有考虑过 用 浇 注料。最近 在 欧洲高炉 炉身上部 采用低水 泥浇 注 料 和凝 胶 结 合 浇 注料 喷涂 施 工 是相 当成 功 的，已经使 用 2年了，还 投有发 现任 何 问题。在高炉 炉身 中部 和上 部修 补期 间，采 用 浇注料 降低

22、散热 是很有 意义 的，这有助于避 免产 生局 部 过热，延 长炉 壳的使用 寿命。采用鱼 雷罐 车的钢铁 厂，修 补的周期 时 间 起重 要作 用。1 9 9 5年 大 多数 鱼 雷 罐 车修 补用 喷射 低水泥 浇注 料，最好 的方案是在 包壁 和渣 线分 别采用 不 同的浇 注料。也 就是说 考虑 用喷 射 浇注整体 村代替低水 泥 或凝 胶结合 浇注 料 的 永久 衬。这 可 以降低 劳动 强度、节省 时 间、提 高铁 水包用周 转率。何 家 梅 译 自 l r o n m i n g C o n f e r e n c e P r o c e e d l s，2 0 0 1，3 8 33 8 9 王 晓 阳 校(收稿 日期：2 0 0 1年 6月)维普资讯 http:/