高炉各部位耐火材料的选择
高炉本体耐材
高炉本体耐火材料1、高炉内型简介高炉炉体自上而下依次为：炉吼：<400 ℃炉身：400-1100 ℃炉腰：1100-1200 ℃炉腹：1200-1450 ℃炉缸、炉底：1450-1600℃2、炉料在炉内分布主要特征：焦与矿交替分布层状，皆为固体状态主要反应：矿石间接还原，硫酸盐分解。
主要特征：矿石呈软熔状，对煤气阻力大。
主要反应：矿石的直接还原、渗碳和交谈的气化反应主要特征：焦炭下降，其间夹杂渣铁液滴。
主要反应：非铁元素还原、脱硫、渗碳、焦炭的气化反应主要特征：焦炭作回旋运动。
主要反应：鼓风中的氧和蒸汽与焦炭及喷入的辅助燃料发生燃烧反应。
主要特征：渣铁相对静止，并暂存于此。
主要反应：最终的渣铁反应。
固相区（块状带）：固体料软熔前所分布的区域。
软融区（软融带）：炉料从开始软化到融化所占的区域。
滴落区（低落带）：渣铁全部融化低落，穿过焦炭层下到炉缸的区域。
回旋区（燃烧带）：风口前燃料燃烧的区域。
炉缸区（渣铁带）：形成最终渣、铁的区域。
3高炉用耐火材料，必须对炉内的反应保持物理和化学上的稳定，应达到以下要求：（1）在高温下不软化、不熔化、不挥发；（2）应具有能在高温、高压条件下保持炉体结构完整的强度；（3）耐热冲击，耐磨损；（4）具有对铁水、炉渣和炉内煤气等的化学稳定性；（5）具有适当的导热率，同时又不影响冷却效果。
砌筑的炉衬材料应该具有较低的气孔率，较高的机械强度，能够抵抗炉料和上升气流的磨损，同时还应具有良好的抗碱金属侵蚀性，并且要求材料中的氧化铁含量要低，避免与上升的C O发生氧化还原反应。
4、炉身上部和中部用耐火材料侵蚀原因及对耐材的基本性能要求选用耐火材料：粘土砖、硅线石砖、致密粘土砖、高铝砖等。
5、炉身下部、炉腰用耐火材料从炉身下部到炉腰的砖衬， 既受下降炉料和上升高温高压煤气的 磨损以及温度变化引起的热冲击， 又受高 FeO 高碱度初渣的化学侵蚀， 更为严重的是碱金属和锌蒸汽造成的碳素沉积和化学反应， 使耐火砖组织脆化，失去强度。
关于炉衬耐火材料的选择
关于炉衬耐火材料的选择现代技术的发展，大大地促进了我国高炉技术的进步，高炉一代寿命大大提高。
这除了应归于高炉炉体结构参数趋于合理、操作参数的进一步优化外，还应归功于高炉炉衬耐火材料与施工技术的进步。
我们就国内目前高炉炉衬耐火材料的应用情况，优选了三套比较有代表性的方案。
其中，方案一选择了高导热石墨炭和半石墨化烧成炭砖砌筑炉底：炉缸采用高导热的微孔炭砖；并采用陶瓷杯技术；炉腹、炉腰、炉身下部选用si3N4结合sic砖。
这种结构选择的材料等级较高，造价较贵。
方案二以国产烧炭块代替方案一中的烧成炭砖，并以国内自行研制的与si3N4结合sic砖性能接近，而价格便宜得多铝碳砖部分代替si3N4结合sic砖，以达到降低造价的目的。
方案三采用了与方案二相同的炉底结构，但在炉腹、炉腰、炉身下部直至中部大量采用烧成铝碳砖代替si3N4结合sic砖，进一步降低高炉造价。
下面就有关高炉炉衬耐火材料的选择分别预以说明。
一、炉缸、炉底的耐火材料的选择高炉炉底、炉缸是高炉的重要部位，炉龄的长短，主要取决于这两部位的使用寿命。
因此，近代高炉在此部位均采用炭砖加陶瓷杯的混合结构。
炉底下部全部使用炭砖，上部靠周边冷却壁砌筑环形炭砖，炉缸部位也采用炭砖砌筑，在炉底中央和炭砖内侧砌筑陶瓷质材料的陶瓷标。
采用这种结构形式，其目的是利用炭砖热传导性能好的特点，加强炉底冷却散热，将铁水凝固等温线（1500℃）向上部推移，并把800℃左右的化学反应等温线推至保护层内，从而减缓炉底侵蚀速度，防止环形断层的发生，延长炉底使用寿命，另外，炭砖的最大弱点是抗氧化能力差。
尽管高炉冶炼性属于还原性气氛，但是暴露无遗在与炉气接触的炭砖，仍然非常容易氧化。
因此，采用在炭砖内侧镶砌一层高温理化性能特好的中性陶瓷材料以保护炭砖在烘炉期间和炉役前期不被氧化的陶瓷杯技术，能够有效地阻止液体炉渣和铁水过早地向炭砖渗透接触，间接地延长高炉的使用寿命。
在方案一中，我们推荐了炉底为半石墨化炭砖加高导热石墨炭砖，炉缸侧壁为国产微孔炭砖，整个炭砖内侧为莫来石砖砌筑的陶瓷标的方案。
高炉热风炉用耐火材料
我国热风炉结构形式除采用传统内燃式外，还采用新 日铁外燃式、顶燃式等，选用的耐火材料也从一般的 高铝砖和黏土砖，到采用高温特性较好的优质高铝砖 和硅砖，特别是在热风炉高温区必须采用低蠕变耐火 材料这一观点已为广大设计及生产厂家所接受。随着 宝钢1号高炉耐火材料的全套引进以及2、3号高炉热风 炉耐材的国产化，使我国冶金耐火材料的质量上了一 个大的台阶。
%
2h
热震稳定性 （ 水 冷 ，次 ）
（炉顶、炉壁砖）提供数据
注：体积密度为设计用砖量的参考指标、不做考核
D R L -130 60 22
2.30-2.50 55
1300℃ ≤ 0.8
0.1-0.4
D R L -127 50 23
2.30-2.50 50
1270℃ ≤ 0.8
0.1-0.4
b、荷兰型：使用红柱石砖有特色，对红柱石砖要求蠕变 率的温度并不高，但对化学成分要求苛刻、严格控制是 荷兰型技术方案的特色。
常温耐压强
度 M Pa≥
60
60
60
55
55
蠕变率
% 0.2M P a×
50h ≤
1550℃ ≤ 0.8
1550℃ ≤ 0.8
1450℃ ≤ 0.8
1400℃ ≤ 0.8
1350℃ ≤ 0.8
重 1550
烧 ℃×
线
2h
0.1-0.2
0.1-0.2
0.1-0.2
变 1450 化 ℃×
0.1-0.2
0.1-0.4
所以选择耐火材料时的总体要求是：蠕变 率小，热容量大，高温强度及热稳定性 好，具有良好的抗热震性。
2、耐火材料的选择
热风炉用耐火材料的选择主要是由热风 温度决定的，当热风温度低于900 ℃时， 一般选择黏土砖砌筑，有的使用寿命可 达20年；当风温高于900 ℃时，高温部位 的炉衬和格子砖则采用高铝砖、莫来石 砖、硅线石砖和硅砖等。当然，还要考 虑材料的价格等经济因素。
列出高炉各部位用的耐火材料
列出高炉各部位用的耐火材料高炉是冶金工业中的重要设备之一，用于将铁矿石还原成纯铁的过程中，需要使用各种耐火材料来保护炉体和各个部位，以确保高炉的正常运行和安全生产。
下面将以高炉各部位用的耐火材料为标题，详细介绍每个部位所使用的耐火材料。
1. 高炉炉缸耐火材料炉缸是高炉的主要部位之一，承受着高温和高压的环境。
为了保护炉缸不受侵蚀，常用的耐火材料包括炉缸砖、炉缸衬砌等。
这些耐火材料具有高温抗热、耐侵蚀的特性，能够有效地抵御高温气体和炉渣的侵蚀。
2. 高炉炉壁耐火材料炉壁是高炉内部的主要组成部分，也是炉体的承重部位。
为了保证炉壁的强度和耐火性能，常用的耐火材料包括炉壁砖、炉壁衬砌等。
这些耐火材料具有良好的抗压强度和耐火性能，能够承受高温和高压的环境。
3. 高炉炉喉耐火材料炉喉是高炉出铁口的部位，也是高炉内部的热点区域。
为了保护炉喉不受侵蚀，常用的耐火材料包括炉喉砖、炉喉衬砌等。
这些耐火材料具有良好的耐热性能和抗侵蚀性能，能够有效地抵御高温气体和炉渣的侵蚀。
炉底是高炉的底部，承受着高炉内部的高温和高压。
为了保护炉底不受侵蚀，常用的耐火材料包括炉底砖、炉底衬砌等。
这些耐火材料具有高温抗热、耐侵蚀的特性，能够有效地抵御高温气体和炉渣的侵蚀。
5. 高炉炉顶耐火材料炉顶是高炉的顶部，也是高炉内部的重要部位之一。
为了保护炉顶不受侵蚀，常用的耐火材料包括炉顶砖、炉顶衬砌等。
这些耐火材料具有高温抗热、耐侵蚀的特性，能够有效地抵御高温气体和炉渣的侵蚀。
6. 高炉炉喉冷却装置为了保证高炉炉喉的正常运行，需要安装冷却装置来降低炉喉的温度。
常用的冷却装置包括炉喉冷却壁、炉喉冷却管等。
这些冷却装置能够有效地降低炉喉的温度，保护炉喉不受高温气体和炉渣的侵蚀。
7. 高炉炉顶冷却装置为了保证高炉炉顶的正常运行，需要安装冷却装置来降低炉顶的温度。
常用的冷却装置包括炉顶冷却管、炉顶冷却壁等。
这些冷却装置能够有效地降低炉顶的温度，保护炉顶不受高温气体和炉渣的侵蚀。
高炉用耐火材料
宝钢四号高炉的内衬 1、 炉底、炉缸耐材 、 炉底、 1）采用大块碳砖结构 ） 2）太钢五号高炉与宝钢四号高炉均采用大块碳砖结构，碳砖具有优良的 ）太钢五号高炉与宝钢四号高炉均采用大块碳砖结构， 抗渣铁侵蚀能力、抗碱侵蚀能力、耐铁水渗透能力， 抗渣铁侵蚀能力、抗碱侵蚀能力、耐铁水渗透能力，还具有很高的导热 能力。可以保证高炉长寿，总造价相对较低， 能力。可以保证高炉长寿，总造价相对较低，同时可有效减少砌筑工程 量，有利于施工工期的短期化。 有利于施工工期的短期化。 2、风口区域采用赛隆结合刚玉组合砖或大块刚玉莫莱石砖砌筑。 、风口区域采用赛隆结合刚玉组合砖或大块刚玉莫莱石砖砌筑。 1）炉腹至炉身中部为铜冷却板，在冷却板之间采用高导热的石墨砖。 ）炉腹至炉身中部为铜冷却板，在冷却板之间采用高导热的石墨砖。 2）炉腹（第1～14层铜冷却板范围内）全部采用高导热的石墨砖。为提 ）炉腹（ 层铜冷却板范围内） ～ 层铜冷却板范围内 全部采用高导热的石墨砖。 高炉腰以上炉衬的耐磨能力，在第 ～ 层铜冷却板范围内 层铜冷却板范围内， 高炉腰以上炉衬的耐磨能力，在第14～40层铜冷却板范围内，石墨砖前 端镶嵌赛隆结合碳化硅砖。 端镶嵌赛隆结合碳化硅砖。第41～54层铜冷却板之间全部采用赛隆结合 ～ 层铜冷却板之间全部采用赛隆结合 碳化硅砖。 碳化硅砖。 3）炉顶煤气封罩上的喷涂层，其锚固件采用网格的形式。 ）炉顶煤气封罩上的喷涂层，其锚固件采用网格的形式。
H-5段光面灰铸铁冷却壁
风口 风口小套采用双腔式，前腔与后腔独立供水。风口采用高压工业水， 风口小套采用双腔式，前腔与后腔独立供水。风口采用高压工业水， 通过1根 供水主管向风口小套前端、 通过 根DN600供水主管向风口小套前端、悬臂测温装置以及炉顶洒水 供水主管向风口小套前端 供水。水量1660m3/h，水压 供水。水量 ，水压1.6MPa，在进入风口小套前端、悬臂测温 ，在进入风口小套前端、 装置以及炉顶洒水喷枪之前分别设置了供水环管， 装置以及炉顶洒水喷枪之前分别设置了供水环管，以达到均匀供水的目 的。
高炉出铁口和出铁沟常用的耐火材料和要求
高炉出铁口和出铁沟常用的耐火材料和要求
出铁口是高炉排出铁水的咽喉，由于高炉的大型化和强化冶炼技术的采用，出铁次数增加，因而其工作条件也变得更加苛刻。
炮泥就是用来封堵出铁口的耐火泥料，因采用泥炮打入而得名。
目前的炮泥大多为树脂或沥青结合的AL2O3-SiC-C质材料。
对炮泥有一些特殊的要求：(1)可塑性相粘结性要好：(2)高温体积收缩要小；(3)气孔率适中，以便于排出水分；(4)烧结性能要好，强度要高(5)出铁时容易打开。
出铁沟是引出铁水或熔渣的通道，常用的内衬材料有捣打料、浇注料和振动料，材质主要是A12O3-SIC-C质。
出铁沟内衬应具备以下性能：(1)耐铁水和熔渣的侵蚀和冲刷；(2)热震稳定性要好，重烧体积变化小；(3)很强的抗氧化能力(4）不粘渣铁，不产生有害气体，而且容易施工。
高炉用耐火材料
高炉用耐火材料高炉用耐火材料(refractories for blast furnace)砌筑高炉炉体及有关部位所使用的耐火制品。
高炉是利用鼓入的热风使焦炭燃烧及还原熔炼铁矿石的竖式炉，是在高温和还原气氛下连续进行炼铁的热工设备。
高炉用耐火材料损毁的原因主要是炉料机械磨损、碳素沉积、渣铁侵蚀、碱金属侵蚀和铅锌渗透、热应力和高温荷载等综合因素，其中温度是决定性的因素。
因此，高炉炉体易损部位均设有冷却系统，以提高炉衬的使用寿命。
随着钢铁工业的发展，高炉日趋大型化。
同时，采用了高压炉顶，高风温、富氧鼓风、燃料喷吹和电子计算机控制等新技术以强化冶炼，耐火材料使用条件更为苛刻。
通过采用耐火材料新品种及提高其质量，改进炉体冷却系统以及强化管理，一代高炉炉衬寿命不断延长。
高炉炉体用耐火材料高炉炉体由炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分组成。
炉体附设有风口、出渣口、出铁口、冷却系统及集气管与加料装置等设施。
高炉炉衬按其使用损毁特点可分为上、中、下3段：上段包括炉喉、炉身上部和中部；中段包括炉身下部、炉腰和炉腹；下段为炉缸和炉底。
高炉各部位及其侵蚀情况见图。
炉喉、炉身上部及炉身中部用耐火材料炉喉承受炉料下降时的直接冲击和摩擦，极易磨损，多采用高强度的粘土砖和高密度高铝砖砌筑，并采用铸钢板保护。
炉身上部和中部温度不超过700℃，无炉渣形成和炉渣侵蚀，除承受炉料滑行与冲击以及热烟气所携粉尘的摩擦而导致机械磨损外，主要是铅、锌侵入沉积，使衬砖组织变得脆弱，甚至鼓胀，还有碳素沉积及粘结物的作用，使炉衬开裂和结构松散。
整个炉体中该部位损毁较轻，一般采用氧化铁含量较低的致密粘土砖或高铝砖砌筑。
炉身下部、炉腰和炉腹用耐火材料炉身下部承受炉料下降时的摩擦与炉气上升时粉尘的冲刷作用，该部位温度较高并有大量炉渣形成，碱金属蒸气的侵蚀作用较重，因此炉衬损毁速度较快。
炉腰处温度高，炉渣大量形成，渣蚀严重，碱侵蚀及高温含尘炉气的冲刷均较炉身严重。
【珍藏】高炉炉身、炉缸、炉底等部位用耐火材料的选择
【珍藏】高炉炉身、炉缸、炉底等部位用耐火材料的选择随着工业化的进程，现代大、中型高炉一般要求1代炉龄达到10年（甚至15年）。
因此，对耐火材料的品种和质量都提出了非常严格的要求。
由于在高炉内部各个区域的反应条件、承受的热冲击、工作状态、温度波动、侵蚀机理等不尽相同。
要求使用的耐火材料也不同，其材质应作相应的变化。
今天为大家介绍高炉各个部位（炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸炉底、出铁口、出铁沟）所使用到的耐火砖类型以及选择的依据。
下图为高炉炉衬的侵蚀线和损毁原因。
从图中可以看出，侵蚀最为严重的部位是炉腹、炉腰及炉身下部的衬里，这些部位的过早损坏将导致高炉中修或者大修。
所以，耐火材料的品种、质量好与坏直接关系到一代高炉寿命，直接影响了高炉的产量及经济效益。
高炉炉衬的侵蚀线和损毁原因目前，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、炉腰及炉腹则多用碳质制品、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，其他不定形耐火材料也得到了广泛的应用。
炉喉用耐火材料炉喉主要起保护炉衬、合理布料的作用。
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，炉喉一般多用性能优异的粘土砖或高密度的高铝砖砌筑，但该砖使用寿命短，因而还采用耐磨耐撞击的铸钢保护板，即所说的炉喉钢砖。
炉喉部位也有采用粘土砖或耐火浇注料作内衬的，也有采用碳化硅砖的。
另外，在高炉炉喉及保护板以下部位、直吹管和煤气升降管等部位，均可采用喷涂法进行修补。
在新建高炉时，上述部位也可以采用喷涂法进行筑衬，施工效率高，质量好。
炉身用耐火材料在炉身上部和中部，由于温度较低（400-800℃），无炉渣形成和渣蚀。
主要承受炉料冲击、煤气冲刷磨损、碱金属侵蚀及碳的沉积作用。
所以该部位主要采用低气孔率的优质粘土砖及高铝砖。
特别是在耐火材料品种增加和质量提高的情况下，高炉炉衬寿命都大为延长。
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高炉各部位耐火材料的选择
（1）炉缸
炉缸的主要作用之一是安全地容纳铁水，炉缸耐火材料在温度大于1500℃时，必须保持足够的稳定。
因而炉缸炉底部位要选用抗铁水渗透、熔蚀性好、抗碱金属侵蚀、导热性好的炭砖，可用热压小块碳砖取代大块碳砖，或在碳砖上面砌筑陶瓷环，陶瓷杯材料主要技术性能碱表1。
另外，半石墨产品已经用于炉缸、炉墙。
半石墨砖具有较强的应力吸收特性和较高的导热性，可以大大减少耐火材料炉衬的径向温度梯度。
表1 陶瓷杯耐火材料主要物理性能
型的陶瓷杯结构，炉底碳砖上砌莫来石砖，炉缸侧壁砌筑刚玉质大型预制块或塞隆结合刚玉砖，炉缸砌筑优质碳砖或微孔碳砖；炉底、炉缸耐火材料主要采用大块碳砖，石墨碳化硅砖和大块碳砖的主要技术性能见表2.关键部位采用微孔或超微孔碳砖，炉底碳砖上砌1~2层陶瓷砖。
表2 普通大块碳砖和石墨碳化硅主要技术性能
风口区和炉腹是高炉内温度最高的区域。
风口前产生的高温煤气以很高的速度上升，其温度在1600℃以上。
1450~1550℃的高温铁水和炉渣经炉腹流向炉缸，各种冶金反应在这个区域剧烈进行，这个区域要求耐火材料耐高温、耐炉渣的侵蚀、抗碱性好、抗二氧化
碳和水的氧化。
用于这个部位的耐火材料有：刚玉砖、铝碳砖、热压半石墨碳砖、SiC砖、Si
3N
4
结合SiC砖、Sialon结合SiC砖、Sialon
结合刚玉砖。
现在SiC系列砖表现出了较长的使用寿命。
（3）炉腰和炉身下部
炉腰的炉身下部是高炉软熔带根部所在位置，这里温度高，但形不成渣皮或形不成稳定的渣皮“自我保护”。
耐火材料经受剧烈的温度波动、初成渣的侵蚀、碱金属、锌的侵蚀、高温煤气流的冲刷、下降炉料的磨损、二氧化碳、水的氧化、一氧化碳的侵蚀等，要求耐火材料热震稳定性好、耐高温、抗碱性好、抗胡渣侵蚀能力强、抗氧化、耐磨、导热性号。
曾用于该部位耐火材料有高铝砖、刚
玉砖、铝碳砖、SiC砖、Si
3N
4
结合SiC砖、Sialon结合SiS砖、热压石墨碳砖、半石墨碳-碳化硅砖、Sialon结合刚玉砖等。
迄今为
止，还没有找到一种完全能够满足这个部位工作条件的耐火材料。
目前这个部位所以能持续工作十年以上，主要是靠控制边沿气流和
强化冷却。
相对来说，铝碳砖、SiC砖、Si
3N
4
结合SiC砖、Sialon结合SiS砖、Sialon结合刚玉砖等有较好的使用效果。
如果能保证
足够强的冷却系统配置，采用石墨砖也是应用趋势。
炉腹、炉腰和炉身下部用耐火材料的主要技术性能见表3.
炉身中部的温度较炉身下部低，一般选择高铝砖、刚玉砖和碳化硅。
炉身上部温度较低，耐火材料主要受到炉料的磨损和冲击，上升煤气流的冲刷以及碱金属、锌和碳沉积的侵蚀。
这个部位要求耐火材料耐磨、抗碱性能好以及拥有较好的热震稳定性。
选用的耐火材料有粘土砖、高铝砖、硅线石砖、刚玉砖，国外也有用SiC砖和浇注料的。
现在一些大高炉炉身上部有采用冷却壁来代替耐火砖的趋势。
日本新日铁在高炉上的实验表明：SiC砖用于炉身下部，其蚀损速度最慢。
炉身中、下部铝碳砖的热导率、抗碱性、透气性及抗压强度仅次于SiC砖，优于其他耐火材料，而抗氧化性、抗热震性及抗铁水熔蚀性比SiC砖好。
炉身上部及炉喉部，破损调查证明：高铝砖和粘土砖抗碱性很差，而且抗渣性、导热性、热震稳定性均很差，不适合高炉。
目前，宝钢运行的4座高炉中，1号和2号高炉均为大修后的第二代。
每座高炉的建设或大修改造设计都曾对使用寿命提出过不同的要求：1~3号高炉设计时分别提出了8、10、12年的一代炉龄寿命目标；到1号高炉大修时则提出12~15年；在4年高炉建设和2号高炉大修时又提高到18~20年。
一代炉龄的单位炉容产量目标从目前的×104t/m3提高到×104t/m3以上，达到世界先进水平。
为实现
高炉一代炉龄寿命目标，宝钢采用了内衬耐火材料的不同设计配置，且适应于高炉的冷却方式。
每座高炉的耐火材料和冷却方式配制见表4.
表4 宝钢高炉的冷却方式及耐火材料配置
碳化硅、碳素组成的材料。
根据高炉的规格和出铁口数量其主沟料又各有不同。
在大中型高炉主沟上，主要为水泥结合浇注料，以纯铝酸钙水泥作为结合剂。
根据高炉规格和使用部位的不同所选择的材质也不同，由于高炉容积越大，压力大，铁水的出铁冲击力也大，对沟衬的冲刷和磨损也增加，骨料的材质档次也要求越高，一般选择为致密刚玉、亚白刚玉、棕刚玉中的一种或复合使用。
在此基础上，适当配入碳化硅、碳质材料、高铝水泥、超微粉、外加剂等制成低水泥浇注料。
重视用后耐火材料再利用研究工作，利用废弃物的铁沟料再生ASC质材料，这不仅节约国家的矿物资源和能源，也减少了环境污染，大大降低了耐火材料的成本，这也是未来几年铁沟浇注料和炉前应用的发展方向和趋势。