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高爐各部位耐火材料的選擇

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     爐缸的主要作用之一是安全地容納鐵水，爐缸耐火材料在溫度大于1500℃時(shí)，必須保持足夠的穩(wěn)定。因而爐缸爐底部位要選用抗鐵水滲透、熔蝕性好、抗堿金屬侵蝕、導(dǎo)熱性好的炭磚，可用熱壓小塊碳磚取代大塊碳磚，或在碳磚上面砌筑陶瓷環(huán)，陶瓷杯材料主要技術(shù)性能堿表1。另外，半石墨產(chǎn)品已經(jīng)用于爐缸、爐墻。半石墨磚具有較強(qiáng)的應(yīng)力吸收特性和較高的導(dǎo)熱性，可以大大減少耐火材料爐襯的徑向溫度梯度。
（1）爐缸
    國(guó)外新建及新近大修的大型高爐爐底、爐缸結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：在爐底炭塊上砌陶瓷墊材料，爐缸采用熱壓小塊碳磚；典型的陶瓷杯結(jié)構(gòu)，爐底碳磚上砌莫來(lái)石磚，爐缸側(cè)壁砌筑剛玉質(zhì)大型預(yù)制塊或塞隆結(jié)合剛玉磚，爐缸砌筑優(yōu)質(zhì)碳磚或微孔碳磚；爐底、爐缸耐火材料主要采用大塊碳磚，石墨碳化硅磚和大塊碳磚的主要技術(shù)性能見(jiàn)表2.關(guān)鍵部位采用微孔或超微孔碳磚，爐底碳磚上砌1~2層陶瓷磚。
（2）風(fēng)口區(qū)和爐腹
風(fēng)口區(qū)和爐腹是高爐內(nèi)溫度高的區(qū)域。風(fēng)口前產(chǎn)生的高溫煤氣以很高的速度上升，其溫度在1600℃以上。1450~1550℃的高溫鐵水和爐渣經(jīng)爐腹流向爐缸，各種冶金反應(yīng)在這個(gè)區(qū)域劇烈進(jìn)行，這個(gè)區(qū)域要求耐火材料耐高溫、耐爐渣的侵蝕、抗堿性好、抗二氧化碳和水的氧化。用于這個(gè)部位的耐火材料有：剛玉磚、鋁碳磚、熱壓半石墨碳磚、SiC磚、Si3N4結(jié)合SiC磚、Sialon結(jié)合SiC磚、Sialon結(jié)合剛玉磚。現(xiàn)在SiC系列磚表現(xiàn)出了較長(zhǎng) 的使用壽命。
（3）爐腰和爐身下部
     爐腰的爐身下部是高爐軟熔帶根部所在位置，這里溫度高，但形不成渣皮或形不成穩(wěn)定的渣皮“自我保護(hù)”。耐火材料經(jīng)受劇烈的溫度波動(dòng)、初成渣的侵蝕、堿金屬、鋅的侵蝕、高溫煤氣流的沖刷、下降爐料的磨損、二氧化碳、水的氧化、一氧化碳的侵蝕等，要求耐火材料熱震穩(wěn)定性好、耐高溫、抗堿性好、抗胡渣侵蝕能力強(qiáng)、抗氧化、耐磨、導(dǎo)熱性號(hào)。曾用于該部位耐火材料有高鋁磚、剛玉磚、鋁碳磚、SiC磚、Si3N4結(jié)合SiC磚、Sialon結(jié)合SiS磚、熱壓石墨碳磚、半石墨碳-碳化硅磚、Sialon結(jié)合剛玉磚等。迄今為止，還沒(méi)有找到一種完全能夠滿足這個(gè)部位工作條件的耐火材料。目前這個(gè)部位所以能持續(xù)工作十年以上，主要是靠控制邊沿氣流和強(qiáng)化冷卻。相對(duì)來(lái)說(shuō)，鋁碳磚、SiC磚、Si3N4結(jié)合SiC磚、Sialon結(jié)合SiS磚、Sialon結(jié)合剛玉磚等有較好的使用效果。如果能保證足夠強(qiáng)的冷卻系統(tǒng)配置，采用石墨磚也是應(yīng)用趨勢(shì)。
（4）爐身中部和上部
     爐身中部的溫度較爐身下部低，一般選擇高鋁磚、剛玉磚和碳化硅。爐身上部溫度較低，耐火材料主要受到爐料的磨損和沖擊，上升煤氣流的沖刷以及堿金屬、鋅和碳沉積的侵蝕。這個(gè)部位要求耐火材料耐磨、抗堿性能好以及擁有較好的熱震穩(wěn)定性。選用的耐火材料有粘土磚、高鋁磚、硅線石磚、剛玉磚，國(guó)外也有用SiC磚和澆注料的。現(xiàn)在一些大高爐爐身上部有采用冷卻壁來(lái)代替耐火磚的趨勢(shì)。
     日本新日鐵在高爐上的實(shí)驗(yàn)表明：SiC磚用于爐身下部，其蝕損速度慢。爐身中、下部鋁碳磚的熱導(dǎo)率、抗堿性、透氣性及抗壓強(qiáng)度僅次于SiC磚，優(yōu)于其他耐火材料，而抗氧化性、抗熱震性及抗鐵水熔蝕性比SiC磚好。爐身上部及爐喉部，破損調(diào)查證明：高鋁磚和粘土磚抗堿性很差，而且抗渣性、導(dǎo)熱性、熱震穩(wěn)定性均很差，不適合高爐。
    目前，寶鋼運(yùn)行的4座高爐中，1號(hào)和2號(hào)高爐均為大修后的第二代。每座高爐的建設(shè)或大修改造設(shè)計(jì)都曾對(duì)使用壽命提出過(guò)不同的要求：1~3號(hào)高爐設(shè)計(jì)時(shí)分別提出了8、10、12年的一代爐齡壽命目標(biāo)；到1號(hào)高爐大修時(shí)則提出12~15年；在4年高爐建設(shè)和2號(hào)高爐大修時(shí)又提高到18~20年。一代爐齡的單位爐容產(chǎn)量目標(biāo)從目前的1.3×104t/m3提高到1.6×104t/m3以上，達(dá)到先進(jìn)水平。為實(shí)現(xiàn)高爐一代爐齡壽命目標(biāo)，寶鋼采用了內(nèi)襯耐火材料的不同設(shè)計(jì)配置，且適應(yīng)于高爐的冷卻方式。
     目前，各國(guó)選用溝襯耐火材料、溝的結(jié)構(gòu)方式、施工方法都各有不同，但現(xiàn)在普遍的高鋁出鐵溝的工作層主要采用氧化鋁、碳化硅、碳素組成的材料。根據(jù)高爐的規(guī)格和出鐵口數(shù)量其主溝料又各有不同。
     在大中型高爐主溝上，主要為水泥結(jié)合澆注料，以純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑。根據(jù)高爐規(guī)格和使用部位的不同所選擇的材質(zhì)也不同，由于高爐容積越大，壓力大，鐵水的出鐵沖擊力也大，對(duì)溝襯的沖刷和磨損也增加，骨料的材質(zhì)檔次也要求越高，一般選擇為致密剛玉、亞白剛玉、棕剛玉中的一種或復(fù)合使用。在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)配入碳化硅、碳質(zhì)材料、高鋁水泥、超微粉、外加劑等制成低水泥澆注料。重視用后耐火材料再利用研究工作，利用廢棄物的鐵溝料再生ASC質(zhì)材料，這不僅節(jié)約的礦物資源和能源，也減少了環(huán)境污染，大大降低了耐火材料的成本，這也是未來(lái)幾年鐵溝澆注料和爐前應(yīng)用的發(fā)展方向和趨勢(shì)。