钢铁新技术与耐火材料

　　耐火材料与高炉长寿
　　高炉能否长寿主要取决于以下因素的综合效果：一是高炉大修设计或新建时采用的长寿技术，如合理的炉型、优良的设备制造质量、高效的冷却系统、优质的耐火材料。二是良好的施工水平。三是稳定的高炉操作工艺管理和优质的原燃料条件。四是有效的炉体维护技术。这四者缺一不可，但第一项是高炉能否实现长寿的基础和根本，是高炉长寿的“先天因素”。如果这种“先天因素”不好，要想通过改善高炉操作和炉体维护技术等措施来获得长寿，将变得十分困难，而且还要以投入巨大的维护资金和损失产量为代价。因此，提高高炉的设计和建设水平，是实现高炉长寿的根本所在。
　　影响高炉一代寿命的关键部位：大量事实表明，影响现代高炉一代炉役寿命的薄弱环节主要集中在两个区域：一是炉腹、炉腰至炉身中下部；二是炉缸区域（铁口、渣口又是炉缸的薄弱之处）。
　　针对高炉不同区域的冶炼环境，采用不同的耐火材料，如下图所示的两种不同炉容所用的耐火材料。
　　表1 不同炉容高炉用耐火材料

高炉	2500 m3	750m3
炉身	改性高铝砖、微孔铝炭砖、炭化硅砖	微孔铝炭砖、高铝砖
炉腰	微孔铝炭砖、炭化硅砖	微孔铝炭砖
炉腹	SiN结合的SiC砖	微孔铝炭砖
炉缸	炭砖、陶瓷杯	炭砖、陶瓷杯
炉底	炭砖、陶瓷垫	炭砖、陶瓷垫

　　表2  冶金常用耐火材料性能对比表

名  称	主成分％	荷重软 化点/℃	还原气氛中的稳定性	抗渣性	抗液态 金属性
粘土砖	SiO2 50～60 Al2O3 30～45	1350～1450	>1300℃不稳定	抗碱性渣不良	>130℃不良
高铝砖	SiO2 30～35 Al2O3 60～70	1580	>1550℃不稳定	稳定	稳定
莫来石砖	Al2O3 （烧成） 72（熔铸）	1500～1600   1600～1700	稳定	稳定	稳定
刚玉砖	Al2O3 80～90	~1900	>1800℃不稳定	稳定	稳定
硅砖	SiO2 93％	1620	较好	抗酸性渣优良	较稳定
镁砖	MgO 92～94 SiO2 2～4	1600~1700	>1500℃不稳定	抗酸性渣不良	抗Ti、Al、Si、Ca性差
炭砖	C>92	>2000	稳定	良好	易使金属中碳饱和
碳化硅砖	SiC 82.5~96	~1650	较稳定	良好	可溶解Si、C 易被Fe破坏

　　高炉炉腹及炉身下部常用莫来石砖、刚玉砖、炭化硅砖、炭化硅-石墨砖，炉缸及炉底常用的是碳砖、石墨砖、半石墨砖。出铁口常用的是炮泥，出铁沟常用的内衬材料是捣打料，浇注料、震动料，材质是Al2O3-SiC-C。我国的中小型高炉使用致密的莫来石砖、刚玉砖及铝碳砖将有所发展。
　　目前，国内外高炉对于炉底炉缸结构形式的改进是多种多样的。归纳起来，性能比较优良的大体有三类：
　　（1）大块碳砖结构
　　日本及我国的许多高炉都采用这种形式的炉底炉缸。这种结构的特点是全面改善了耐火材料质量，炉缸上部区域侧墙采用具有高导热率（λ＝21W/（m·℃））的大块碳砖砌筑，而炉底部位用λ＞9.3W／（m·℃）的微孔或超微孔大块碳砖砌筑。炉底上层用优质陶瓷质耐火材料砌筑。炉底炉缸采用这种大块碳砖结构的高炉已经解决了过去普遍出现的炉缸碳砖环裂的问题。
　　（2）小块碳砖结构
　　北美的高炉多采用这种结构。它的特点在于用热压小块碳砖取代炉缸上部区域侧墙的大块碳砖，以避免这一部位的碳砖出现环裂，其它部位的砌砖都是一样的。本钢、首钢和宝钢都有采用这种形式的高炉。热压小块碳砖的供应商是UCAR。
　　（3）陶瓷杯结构
　　陶瓷杯结构由法国人发明，欧洲高炉使用较多。它的特点是在大块碳砖结构的基础上再在炉缸内部砌筑一层高质量的陶瓷质材料。这一结构的出发点是利用陶瓷质材料的低导热性能，将1150℃铁水凝固线及800～870℃化学侵蚀线尽可能压往炉内，以防止大块碳砖的环裂。因陶瓷杯的存在而使铁水不直接与碳砖接触，从结构设计上缓解了铁水及碱性物质对碳砖的渗透、侵蚀、冲刷等破坏，而且所采用的莫来石、棕刚玉等都是导热性低的高级陶瓷质材料，具有很高的抗渗透性相抗冲刷性。此外，由于陶瓷质材料热阻大，有利于降低铁水的热损失。
　　目前，对炉缸采用自焙碳砖十陶瓷杯结构尚有争议，特别是在大中型长寿高炉中应用。
　　耐火材料与洁净钢
　　近年来，对洁净钢的呼声越来越高。一般把钢中氧、硫、磷、氢、氮五大元素作为有害杂质，要求其含量越低越好。随着冶炼技术的发展，冶炼条件的苛刻对耐火材料质量的要求越来越高。耐火材料通常在高温下与钢水、炉渣和气体接触，它们所参与的蚀损、反应等等变化都有可能对钢水的洁净度造成影响：
　　1 耐火材料脱落使钢水及钢材中产生非金属夹杂。
　　2 耐火材料的构成元素与钢水中非金属元素之间相互反应产生非金属夹杂物。
　　3 含碳耐火材料对钢水会有增碳的作用。
　　4 耐火材料的脱硫作用有利于提高钢水质量。
　　（辽宁科技大学  沈明钢）