高炉热风炉用耐火材料

黏土砖 1
硅砖 0.85
硅线石砖 1.14
莫来石砖 1.2
耐火材料的体积稳定性和热膨胀性能
热风炉的温度发生周 期性的频繁变化，因 此耐火材料应具有良 好的体积稳定性和均 匀的热膨胀，以保证 大型耐火砌体结构的 整体稳定性。
各种热风炉砖的体积稳定性比较
砖种
重烧温度 ℃
重烧2h后的体积变化%
硅砖
1500
项目
耐火度
℃
体积密度 g/cm3
显气孔率 %
耐压强度 MPa
蠕变率 %
0.2MPa×50h
荷重软化温度T2℃
重烧线变化率 %
化学成分Al2O3 %
使用部位
H21 ≥1850 ≥2.60 ≤21.0 ≥49 1550℃ ≤1.0
≥75
燃烧室
H22 ≥1850 ≥2.70 ≤22.0 ≥49 1550℃ ≤1.0
红柱石砖
红柱石砖
42
1200
刚玉砖
40
1150
红柱石砖
陶瓷烧嘴
40
1150
莫来石砖
35
1050
黏土砖
Al2O3 %
最高使用温度 ℃ 1500
75
1500
65
1450
1500
65
1450
1500
65
1450
75
1500
65
1450
60
上部
45
下部
日本为了提高高炉的生产能力，降低燃料单耗， 不断提高热风炉的送风温度和压力，使热风炉 炉顶的操作温度已由1250 ℃升高到1400 ℃以 上，外燃式热风炉炉顶温度已达到1550 ℃ ， 因此耐火材料的使用条件越来越苛刻，对于炉
%
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。
H23 ≥1850 ≥2.45 ≤19.0 ≥49 1450℃ ≤1.0
≥80 ≥65 蓄热室
混合室 上部，燃 烧室上 壁，蓄热
室中部 部
H24 ≥1825 ≥2.40 ≤23.0 ≥45 1400℃ ≤1.0
≥65 环状管 热风本
管
H25 ≥1790 ≥2.35 ≤24.0 ≥29.4 1350℃ ≤1.0
各地各厂高炉热风炉采用不同的耐火材料，但多数大 同小异。但有一个共同点，即在选择耐火材料时必须 注意：
a、耐火材料的抗高温荷重蠕变性能；
b、耐火材料的体积稳定性和热膨胀性能；
c、热风炉的换热效率。
耐火材料的抗高温蠕变性能
图中可以看出，硅砖具有 最优越的抗高温蠕变性能， 高温蠕变率极小； 其次是高铝砖，包括用高 铝矾土熟料和硅线石类矿 物为原料制造的高铝砖， 它们的抗高温蠕变性能也 很好，且其组成越接近 莫来石的组成，砖的抗 蠕变性能越好。
热风炉用耐火材料的 选择与使用
1、简述
热风炉是高炉的重要附属设备之一，对 热风炉的总要求是：实现高风温和长寿。
热风炉各部位的工作环境 a、热风炉炉衬和格子砖经常受到急冷急 热变化的作用； b、受到碱金属的侵蚀； c、热风炉本身受载荷作用；
综上所述，热风炉砌体受：
1200~1350℃的高温作用； 热交换过程中温度的急剧变化的作用； 高炉煤气带入灰尘的化学侵蚀作用； 燃烧气体的冲刷作用； 机械载荷作用等。
类型
日本型 荷兰型 中国 1 型 中国 2 型 特殊型
顶砖脱落、隔壁墙砖变形损毁、格子砖蠕变变
形损毁等采取了各种措施，尤其是对外燃式热
风炉和高温操作的内燃式热风炉，通过改进和
提高耐火材料的抗蠕变性，改变砖的材质，在
高温部位使用各档次的高铝砖和硅砖，显著提 高了热风炉的使用寿命，其炉龄已达到高炉2 个炉役以上。
化学成分
Al2O3
% 耐火度
SiO 2 ℃
蓄热能力见图： 高铝类耐火材料的蓄热能力比黏土砖和硅砖高。 耐火材料的导热性影响格子砖在加热和放热过程
中的热量储存和释放的速度。 Al2O3-SiO2体系中Al2O3含量的增加，材料的热导率
随之提高。 材料的体积密度越高、气孔率越低，其热导率越高。 热风炉的热效率还与格子砖的形状有密切关系，单
位容积内的格子砖的总表面积越大，热交换效率 越高
0.51
0.2 (1500)
抗蠕变性 好
炉顶 上部墙壁
砖格子
-抗蠕变性 好，隔热
性好
硅砖背面
0.5 (1500) 抗蠕变性
好
墙壁 炉顶
0.4 (1400) 抗蠕变性
好
墙壁 格子砖
E 65 -≥ 1790 2.38 19 89.4
-1470 ± 0.2 (1500) 0.54 0.4 (1300)
抗蠕变性 好
蓄热室 中部，冷 风进入
管
我国热风炉低蠕变高铝砖技术标准
指
标
项
目
DRL-155 DRL-150 DRL-145 DRL-140 DRL-135
Al2O 3 % ≥
75
75
65
65
65
显气孔率
%≤
20
21
21
22
22
体积密度 g/cm 3
2.65-2.85 2.65-2.85 2.50-2.70 2.40-2.60 2.35-2.55
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
-93 ≥ 1690
82 -≥ 1850
67 -≥ 1825
2.32
1.08
2.78
2.48
20
55
16.5
16.5
49 13.7 8.8 1630
-0 (1550) 1.2
5.4
3.3
1520 -0.2
(1450) 1.1
98.1
-1640
0 (1500)
0.58
98.1
-1550
0 (1500)
+0.4
黏土砖，Al2O3 42%
1400
-0.2
红柱石砖，Al2O3 50%
1500
+0.2
Al2O3 55%
1500
+0.2
Al2O3 60%
1500
+0.2
高铝矾土砖，Al2O3 70%
1600
+3.3
热风炉的换热效率
在操作条件相同的情况下，热风炉的换热效率主要 取决于耐火材料的蓄热能力，热导率和耐火砖的 形状。
≥65 蓄热室 中部，现 状管，热 风本管
H26 ≥1790 ≥2.30 ≤24.0 ≥29.4 1300℃ ≤1.0
≥60
燃烧室 下部
H27 ≥1770 ≥2.20 ≤24.0 ≥29.4 1270℃ ≤1.0
≥50
蓄热室 中部
H41 ≥1750 ≥2.15 ≤24.0 ≥29.4 1250℃ ≤1.0 ≥1420 1400℃ ±0.5
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。
我国生产的低蠕变制品 主要是加入膨胀剂， 通过其莫来石化所产生 的膨胀来抵抗蠕变压缩， 即所谓“以胀抵缩”。
硅砖的缺点：体积密度小，蓄热能力差，在600 ℃以下时， 易发生晶型转化，破坏整体性。因此各国均规定了硅砖的 最低使用温度，一般应大于600 ℃ ，日本则规定要大于800 ℃ 。 另外，在低温阶段烘炉时要慎重进行，以保证晶型的缓慢 转化而不损伤砌体。 莫来石砖：荷重软化温度和高温蠕变性能与硅砖相似， 而且低温时体积稳定性好，开停炉较方便；单位体积蓄热能 力大。但制造能耗高，成本比硅砖高得多。
牌号 HD HS
HD HS
Al2O3 Fe2O3 TiO2
%
%
%
53
1.7 0.6
57 1.5 0.5 永久线变化 %， ℃×
4h
1400 1500
℃
℃
0.2
0.2
红柱石砖技术指标
R2O %
杂质 %
R2O+杂 质 %
0.6 0.7 1.2
0.6 0.7 1.2
体密 g/cm3
2.325 2.40
蠕变率 % , 0.2MPa×(20-50h)
砖种
拱顶
区带 1 区带 2 区带 3
硅砖 红柱石砖 红柱石砖 红柱石砖 高级黏土砖
高级黏土砖 高级黏土砖
高级黏土砖 区带 4、5 高级黏土砖
外燃式热风炉用耐火材料
Al2O3 %
最高使用温度 ℃
砖种
硅砖 红柱石砖 刚玉砖 红柱石砖
1500
硅砖
65
1450
红柱石砖
55
1350
65
1450
硅砖
45
1300
我国低蠕变耐材其技术从无到有，从简到繁，是宝钢 建设促使的结果，也是长期生产实践的结果。主要参 考了以下两种技术类型。 a、日本型：典型的就是宝钢引进热风炉内衬耐材，规 定明确的蠕变率指标，对荷重软化温度指标没有提要 求（见下表）。 我国自行设计的武钢5#高炉（3200m3）热风炉用耐材 指标也以日本指标为依据。我国的低蠕变高铝砖行业 标准的技术指标除了在原有的热风炉高铝砖标准的基 础上修订外，也主要参考日本指标，尤其是蠕变率。
1750
1840
1590
1670
1550
1680
30
39~43.3
25
34.5~46.1
24
20.5~21.3
25
20.1~20.4
--
2.60~2.63
--
2.76~2.77
4、我国热风炉用低蠕变耐火材料
我国热风炉用砖，尤其是低蠕变砖的2000年才制定了 热风炉低蠕变高铝砖的行业标准，明确并规范了蠕变 率指标。
1350 ℃
0.2
1400 ℃
0.2
显气 孔率
% 20 20
冷压 强度 MPa
40 40
抗折 强度 MPa
15 15
荷重软化温度 ℃
T0.5
1350 1420
T2
1490 1580
T5
1560 1600
我国除在2000年的行业标准中引入蠕变率指标，在实际 操作中，各设计院、业主又各显神通，博采众长，综 合为一体，提出的技术指标标准高、难度大。
3、热风炉耐火材料的使用
国外热风炉为了保证安全生产20~30年无需大 修，根据各部位的温度及其温度变化速度、荷 重和气氛等选择适合的耐火材料，一般采用黏 土砖、高铝砖和硅砖，但在高温热风炉的燃烧 室、炉顶和蓄热室上部使用了优质莫来石砖和 优质硅砖。
国外热风炉用耐火材料除了要求体积密度、抗 热震性和高温强度等性能外，特别重视抗蠕变 性。在高温部位一般使用优质硅砖和低蠕变高 铝砖，同时推荐使用红柱石砖，在温度为1450 ℃时，使用Al2O3含量为65%的红柱石砖，温度 为1350 ℃时，使用Al2O3含量为55%的红柱石 砖。
墙壁 格子砖
黏土砖 F 45 --
≥ 1750 2.23 18 68.7
-1470 -0.15 (1400) 0.48 0.5 (1250)
抗蠕变性 好
墙壁 格子砖
俄罗斯在新建和改建的热风炉高温部位，其中包括砖格 子，基本上都使用硅砖，可将预热空气的温度提高到 1200 ℃ ~1300 ℃ ，大幅度延长了使用寿命。近年来， 有钢铁公司研究开发出了热风炉砖格子用镁橄榄石砖 和镁橄榄石铬砖，其耐压强度比硅砖高0.5~1.5倍，导 热率也比硅砖高，在1300 ℃以上的高温下，热膨胀率 比较高，可以砌筑在硅砖和莫来石刚玉砖上面，并可 以砌筑在热风炉砖格子高温部位的任何高度上。
砖种
性能
化学成分
MgO
w% 耐火度
SiO2 Cr2O3
℃
荷重软化变形开始温度
0.2MPa
℃
耐压强度
MPa
开口气孔率
%
体积密度
g/cm3
镁橄榄石砖和镁橄榄石铬砖
镁橄榄石砖
标准
实测
54
58.45
22~23
30.34
--
--
1750
1820
镁橄榄石铬砖
标准
实测
46
53.15
16~30
21.40
8~12
11.47
体积密度
g/cm3
显气孔率
%
耐压强度
MPa
抗折强度
常温
MPa
1200℃
荷 重 软 化 点 （ 0.2MPa） T1
℃
T2
残余线膨胀收缩率 %
（℃）
1000℃高温线膨胀率 %
蠕变变形率
%
(℃ × 0.2MPa× 50h)
特征
主要用途
日本热风炉用耐火材料的性能
ห้องสมุดไป่ตู้
硅砖 隔热硅砖
高铝砖
A
B
C
D
-96 ≥ 1710
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。