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高炉用耐火材料

发布日期:2019-06-27 16:44

  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,其它不 定形耐火材料也得到了广泛应用。
  20世纪50年代以前,世界上 大多数高炉的炉衬采用粘土砖砌筑,由于粘 土砖很容易受到碱金属盐类的侵蚀,即使在 较低温度下也能发生化学反应,因此高炉投入运行后,在化学反应的影响下,粘土砖 的荷重软化温度和耐火度不断下降,导致粘 土砖在冶炼过程中逐渐被熔蚀或砌体产生裂纹,所以采 用粘土砖砌筑的高炉寿命较短,有时引发炉壁、炉缸或炉底烧穿事故。
  20世纪50年代以后,炼铁高 炉的炉底和炉缸大量使用碳质耐火材料,有的高炉炉腰、炉腹及 下炉身也使用碳质耐火材料,采用碳 质耐火材料以后,高炉炉役明显延长,很少发 生炉底或炉缸烧穿事故。但是,随着高 炉大型化和强化冶炼技术的采用,炉衬耐 火材料的工作条件越来越恶化,因此对 炉衬耐火材料提出更高的要求。70年代末,各国研 制了多种新型碳质耐火材料用于高炉的各个部位,如高密度炭块、微孔炭块、半石墨化质炭块、石墨块、半石墨质-碳化硅块、高温模压炭块等,这些新型碳块(砖)各有各 的优点和适用范围。
  各部位 用耐火制品的理化指标、尺寸误 差和要求高铝砖
  高炉用 高铝砖是以高铝矾土熟料为主要原料制成的用于砌筑高炉的耐火制品,YB/T5015-1993将高炉 用高铝砖按理化指标分为GL-65、GL-55、GL-48三种牌号。
  粘土砖
  高炉用 粘土砖是以耐火粘土为原料生产的用来砌筑高炉内衬的粘土砖。高炉用 粘土砖用于大高炉炉身及小高炉炉衬的炉喉、炉身、炉底。
  高炉用 粘土砖要求常温耐压强度高,能够抵 抗炉料长期作业磨损;在高温 长期作业下体积收缩小,有利于 炉体保持整体性;显气孔率低和Al2O3含量低,减少炭 素在气孔中的沉积,避免砖 在使用过程中膨胀疏松而损坏;低熔点物形成少,高炉用 粘土砖比一般粘土砖具有优良性能。
  YB/T5050-1993将高炉 用粘土砖按理化指标分为ZGN-42和GN-42两种牌号。
  磷酸浸渍粘土砖
  高炉用 磷酸浸渍粘土砖是砌筑高炉内衬用的磷酸浸渍粘土砖。YB/T112-1997规定高 炉用磷酸浸清粘土砖的代号为CLN-42。
  碳化硅砖
  碳化硅 砖是用碳化硅为主要原料烧制的耐火制品。其主要特征是SiC为共价结合,不存在通常的烧结性,依靠化 学反应生成新相达到烧结。20世纪70年代SiC质耐火 材料在国外高炉上使用后,取得了 很好的使用效果,一代高炉寿命延长到10年或10年以上。我国1985年在鞍钢6号高炉上首次使用Si3N4结合碳 化硅砖获得成功,对SiC制品的 研究与开发逐步深入,产品性能不断提高。目前,我国高 炉用优质碳化硅砖主要品种有:Si3N4结合碳化硅砖,Sialon结合碳 化硅砖和自结合(βSiC结合)碳化硅砖。
  ⑴Si3N4结合碳化硅砖。Si3N4结合碳化硅砖是用SiC和Si粉为原料,经氮化 烧成的耐火制品。SiC、Si3N4都是共价键化合物,烧结非常困难。在多级配的SiC颗粒和细粉中,加入磨细的工业硅粉,Si与N在高温 下按下式进行烧结反应:2N+3Si Si3N4。反应生成的Si3N4与SiC颗粒紧 密结合而形成以Si3N4为结合 相的碳化硅制品。经研究发现,大多数Si3N4结合相 为针状或纤维状结构,存在于SiC颗粒周围或孔隙处,Si3N4呈纵横交错的结构与SiC颗粒紧密结合,使这种 新型的耐火材料具有很高的常温和高温强度。
  YB4035-1991规定,高炉用 氮化硅结合碳化硅砖按其理化指标将制品分为两类,分别为DTZ-1和DTZ-2。标准规 定制品的理化指标应符合表8的要求。高炉用 标准型号制品的尺寸允许偏差及外观应符合表9的规定。高炉用 非标准型号制品的尺寸允许偏差及外观要求,一般由 供需双方协议来定。
  ⑵Sialon结合SiC砖。在1700℃时,在Si3N4-Al4N4-Al2O3-Si3O6构成的正方形相图中,有以Si3N4为起点的4/3(Al2O3、AlN)延伸,组成在 相当大范围内变化的βSialon相;有以Si2ON2为起点的大体向X方向延伸,组成在 较小范围内变化的O′-Sialon相。在氮化 硅结合制品的生产过程中,加入适量加入物,使氧进入Si3N4晶格,生成一定数量的βSialon固熔体相,制出Sialon结合的SiC砖。
  ⑶自结合SiC砖。在工业α-SiC原料中 加入工业硅和碳,在高温 还原气氛下发生Si(s)+C →SiC(s)的反应,生成β- SiC,与原生高温型α-SiC颗粒结合,制出自结合SiC材料,使制品 具有良好的性能。
  铝炭砖
  氮化硅 结合碳化硅砖在高炉炉身下部的使用效果好,但该砖价格过高(每吨8500~9000元)难以普遍推广。我国耐火材料工作者,在借鉴 炼钢用铝炭质滑板砖的生产工艺基础上,开发了高炉铝炭砖,该砖性能优良、价格便宜,已在大 中小型高炉上推广应用。高炉铝 炭砖采用特级高铝矾土熟料,鳞片状石墨及SiC为主要原料,添加抗 碱剂及其它附加物,用酚醛树脂为结合剂,机压成型,按烧成 和不烧成分为致密型(烧成温度不大于1450℃)和普通型铝炭砖,经200~250℃低温固化焙烧。高炉铝 炭砖具有气孔率低、透气度低、耐压强度高、热导率高、抗渣、抗碱、抗铁水 溶蚀及抗热震性好等各种优良性能。
  ⑴铝炭砖。YB/T5269-1999适用于 以低铁高铝矾土熟料、鳞片状 石墨为主要原料,酚醛树脂为结合剂,经机压 成型工艺制成的铝炭砖。该产品 适用于砌筑中小型高炉炉身及炉底。铝炭砖 理化指标应符合表12的规定,高炉用 标准型铝炭砖的尺寸允许偏差及外形应符合GB2278的规定。
  ⑵烧成微孔铝炭砖。烧成微 孔铝炭砖是指平均孔径不大于1μm的孔容 积占开口气孔总容积的比例(%)不小于70%的烧成铝炭砖。烧成微 孔铝炭砖一般用于砌筑高炉内衬。YB/T113-1997将烧成微孔铝炭砖,按理化指标分为WLT-1、WLT-2、WLT-3三个等级。
  炭砖
  炭砖是 用热处理无烟煤或焦炭、石墨为主要原料,以焦油 沥青或酚醛树脂为结合剂制成的耐火制品。炭砖在 高炉中的应用发展很快。炭砖具有以下性质:
  ⑴耐火度高;
  ⑵极高有荷重软化温度;
  ⑶高温耐磨性能良好;
  ⑷良好的化学稳定性;
  ⑸高温体积稳定性好;
  ⑹良好的 导热性和导电性;
  ⑺抗热震性好。
  ⑻高温下易氧化。炭砖的以上特性,很适应 高炉炉底和炉缸生产特点对内衬的要求。近年来,炭砖的 使用范围不断扩大,炉腹和 炉身下部也开始采用炭砖。
  ⑴高炉炭块。YB2804-1991规定了 高炉炭块和炭键的理化指标和尺寸允许偏差。
  ⑵半石墨炭砖。关石墨 炭砖是采用高温煅烧无烟煤、石墨、添加剂 为主要原料而制成的耐火制品。半石墨 质炭砖配方中一般不使用冶金焦为粉料,而使用 磨碎的石墨为粉料,半石墨 砖的导热性能非常好,而且抗 碱金属盐类腐蚀的能力也比普通炭砖好。
  ⑶自焙炭块。自焙炭 块及自焙炭块技术是一种新型炭质炉衬材料和成套炉衬技术。自焙炭 块除了具有传统的焙烧炭块所具有的耐高温、高温强度大、不易粘渣铁、耐侵蚀等特性外,能够利 用烘炉和生产过程中的热量逐步焙烧成坚实、致密近 于无缝的整体炉衬。
  ⑷微孔炭块。微孔炭 块是用高温电燃烧无烟煤、人造石墨、碳化硅为主要原料,煤焦油沥青为粘结剂,加入多种添加剂微粉,经过振动成型、高温焙烧、精磨加工而制成的,主要用 于高炉炉底上部和炉缸、出铁口。
  ⑸国外炭砖。美国UCAR公司生 产的热模压小碳砖NMA、NMD和NMS,采用热压制砖法BP工艺(即热模压)成型。把配好 的料经过加热混练,与定量 的糊料一起放到模具内进行模压,通电加热。脱模以后,焙烧结束。这种热 压小块炭砖具有下列特点:优良的高温性能;热导率高,导电性好;良好的抗碱侵蚀性能;抗热震性、热冲击性好;低渗透性,孔隙度小,气孔封闭,吸水性能极弱;炭砖尺寸小,单块炭砖的温差小。日本以电煅烧无烟煤、人造石 墨为主要原料生产的炭块也具有很好的抗碱侵蚀性能以及优良的高温性能和导热性能。法国生产的AM101、AM102型炭砖热导率高、抗碱侵蚀性能好。
  石墨砖
  高炉用 石墨砖是以石油焦、沥青焦 和煤沥青等为主要原料,制成具 有较高导热性能的高炉砌筑用石墨材料。YB/T122-1997规定的 高炉用石墨砖用于高炉炉底底层,除具有 高炉炭块的一般特性外,还具有较高的热导率,起尽快 导出炉底的热能、降低炉底温度的作用。
  硅线石砖、红柱石砖、蓝晶石砖
  硅线石砖、红柱石砖、蓝晶石 砖是在高铝质砖的配料中加入一定比例的硅线石或红柱石或蓝晶石及其它微量元素制成的制品,也称三石制品。添加三 石使制品的抗热震性得到改善,特别是 制品的高温蠕变率得到降低。在高炉、热风炉、鱼雷罐 等关键部位使用收到了良好的效果。也有人 将这种砖称作低蠕变高铝砖。
  刚玉砖、棕刚玉砖
  含Al2O3大于90%以上的 制品称为刚玉质耐火材料,亦称为 纯氧化铝耐火制品。刚玉硬度很高。刚玉具有抵抗酸、碱性炉渣、金属和 玻璃溶液作用的良好稳定性。它在高 温下的氧化性气氛或是在还原性气氛中使用,均能收 到良好的使用效果。表26和表27为刚玉 制品的理化指标。表28为加入SiC的塑性 相结合刚玉砖的技术指标。棕刚玉 砖是以棕刚玉为主要成分压制成型的耐火砖,加入SiC的复合 棕刚玉砖具有良好的抗热震性和强度,且价格 相对刚玉砖便宜许多,可以部 分代替刚玉砖用于高炉。
  近十年来,国内外 不定形耐火材料的发展非常迅速,品种不断增加,主要的品种有:耐火浇注料、耐火可塑实、耐火捣打料、耐火喷涂料、耐火投射料、耐火涂 抹料和耐火泥浆等。不定形 耐火材料对于延长炉衬寿命,提高设备的作业率、降低劳 动强度以及简化耐火材料生产工艺等方面将起到促进作用。
  在一些小高炉上,国内外 采用耐火浇注料作高炉内衬,也能正 常运行和达到一定的工作年限。高炉内 衬是生产中的薄弱环节,特别是 炉腹和炉身下部等部位尤为突出,经常因 为过早的毁损而被迫停炉大修、中修。为此,各国广泛采用喷补、压入料 修补和包扎维护等方法,以提高 炉子的使用寿命。
  耐火泥浆
  耐火泥 浆是用作耐火砌体接缝的不定形耐火材料,由一定 颗粒配比的耐火粉和结合剂、外加剂组成,加水或 液态结合剂调成浆体。耐火泥 浆依其结合剂凝结硬化特点可分为水硬性、热硬性、气硬性耐火泥浆。水硬性 耐火泥浆是以水泥为结合剂,可使用 于常温下或可能与水或水气经常接触之处。热硬性 耐火泥浆常用磷酸或磷酸盐等热硬性结合剂制成,此种泥 浆硬化后除在各种温度下都有较高强度外,还有收缩小、接缝严密,耐侵蚀强的特点。气硬性 耐火泥浆常用硅酸钠等气硬性结合剂配制,这种泥 浆可使砌体接缝严密。
  A. 粘土质耐火泥浆
  粘土质 耐火泥浆采用硬质粘土熟料作为基料,以软质 粘土或化学结合剂结合。主要应用于高炉、热风炉 等用粘土砖砌筑的炉体接缝和修补。根据GB/T 14982-1994的规定,粘土质耐火泥浆按Al2O3含量和 粘结强度分为两类5个牌号。即普通粘土质泥浆4个牌号:NN-30、NN-38、NN-42、NN-45A,磷酸盐 结合粘土质耐火泥浆1个牌号NN-45B。
  B 高铝质耐火泥浆
  高铝质 耐火泥浆主体材料选用高铝熟料、结合剂 用软质粘土或化学结合剂。根据所 砌筑部位的砌体成分和使用要求决定Al2O3含量。可广泛 用于高铝砖砌筑的各种工业炉窑。在高炉的炉底、炉缸、炉腹、炉腰等 部位得到广泛应用,在热风 炉上用于砌筑炉顶、蓄热室、燃烧室等。根据GB/T2994-1994的分类规定,高铝质耐火泥浆按Al2O3含量和粘结强度分为8个牌号。即普通 高铝质耐火泥浆3个牌号:LN-55A、LN-65A和LN-75A,磷酸盐 结合高铝质耐火泥浆5个牌号:LN-55A、LN-65B、LN-75B、LN-85B和GN85B。
  C 刚玉质耐火泥浆
  刚玉质 耐火泥浆是主体材料选用刚玉料、结合剂 用软质粘土或化学结合剂。根据所 砌筑部位的砌体成分和使用要求决定Al2O3含量。
  D 碳化硅泥浆
  碳化硅 泥浆以碳化硅为主,用于Si3N4结合SiC砖、Sialon结合SiC砖、刚玉SiC砖等各种SiC砖的砌筑泥浆,还可以 作为灌浆和喷涂料使用。
  E 炭质泥浆
  武汉威 林公司研制的炭质泥浆WD-02、WD-03适用于 高炉本体炉底及环形炭砖砌筑。WD-02泥浆也 可以用于陶瓷杯与环形炭砖之间的涂抹、填充。WD-03炭质泥 浆是该公司最新研发产品,它具有常温固化性能、固化后强度高的特点,适用于 炭砖在炉外预砌后整体吊装。节省施工时间,提高效率,是高炉 砌筑新工艺的配套材料。
  炭素泥 浆是以高温煅烧无烟煤、石墨、碳化硅 细粉为主要材料,树脂及 添加剂为胶结材料,加入多 种添加剂而制成的。炭素胶 泥和细缝糊都是炭素泥浆的商用名称,用于薄缝砌筑微孔炭-碳化硅焙烧炭块、微孔模压小炭块、半石墨质焙烧炭块、微孔炭块。
  F 压入泥浆
  压入泥 浆是采用挤压方法施工的膏状或浆体状不定形耐火材料。它是由耐火材料、粉料,结合剂 和外加剂组成的,使用时 加水或液态结合剂调和。在高炉 上压入泥浆主要应用于高炉炉身。高炉炉 身压入修补一般采用铝硅质的高铝质耐火压入泥浆。
  G 隔热耐火泥浆
  隔热耐 火泥浆是由各种轻质耐火粉和结合剂等配制而成。其特点是体积密度小、热导率低,可用于高炉、热风炉 等各种工业炉窑上隔热材料的砌筑和修补。
  按照YB/T114-1997有关铝 硅质隔热耐火泥浆的分类规定,铝硅质 隔热耐火泥浆按材质和使用温度分为两类4个牌号,即高铝 质隔热耐火泥浆:LGN-160、LGN-140;粘土质隔热耐火泥浆:NGN-120、NGN-100。
  H 缓冲泥浆
  耐火缓 冲泥浆是指以可压缩的耐火原料为主要原料制成的缓冲耐火砌体热膨胀应力的特种耐火泥浆。主要用 于需要缓冲热膨胀应力的高炉、热风炉 等工业炉窑用的铝硅质和碳化硅质耐火砌体的砌筑。根据YB/T150-1998的规定,耐火缓 冲泥浆按理化指标分为三类共4个牌号,即高铝 质耐火缓冲泥浆HCN-L,硅质耐火缓冲泥浆HCN-G1、HCN-G2,非水系 碳化硅质耐火缓冲泥浆FHCN-TG。
  耐火浇注料
  耐火浇 注料是用浇注方法施工且无需加热即可硬化的不定形耐火材料。一般在 使用现场以浇注、振动或 捣固的方法浇筑成型,也可以 制成预制件使用。在高炉内衬中,目前常 使用粘土质浇注料应用于高炉的炉喉钢砖内部空腔及钢砖与炉壳之间的间隙,使用高 铝质自流浇注料应用于炉喉钢砖后面、炉顶撒水管及短管。
  耐热混凝土,它是一 种能长期承受高热作用(200℃以上),并保持 所需要的物理性能的特种混凝土。在高炉 中常应用于炉底下面一些部位,如封板 上下部以及粘土砖与炉壳之间。
  炮泥
  炮泥是 用来堵塞高炉出铁口的材料。在高炉炼铁时,炮泥要 能紧密地封住出铁口,并能抵 抗铁水冲刷和侵蚀。在出铁时,炮泥要容易被打开,保证铁 水和熔渣能均匀流出。
  喷涂料
  喷涂料 是用风动工具以机械喷射方法施工的不定形耐火材料。高炉炉 腹中部以上内侧等部位均可采用喷涂料。其作用 为提高炉体的气密性,保护炉体钢壳。耐火喷 涂料在热风炉应用较为普遍,热风炉的燃烧室、蓄热室、混合室 以及各种热风管道内壁均可采用不同品种的耐火喷涂料,其作用是隔热保温,提高炉体的气密性,保护炉体钢板炉壳等。高炉和 热风炉用耐火喷涂料普遍采用铝酸盐水泥或水玻璃为结合剂,以粘土 熟料或高铝矾土熟料为骨料组成基本材料。隔热用 喷涂料的骨料采用多孔耐火熟料、陶粒、蛭石、珍珠岩、漂珠等轻质材料。
  灌浆料
  高炉灌 浆料是高炉基建及维护用的筑炉材料,对高炉 的基建和日常检修维护起着重要的作用。它的主要用途是堵缝、造衬、快速修补。它也是延长高炉、热风炉 使用寿命的有效手段之一。这种材 料施工方便快捷有效。武汉威 林公司研制的灌浆料根据使用部位的不同、用途的不同《所需材质的不同,产品分为几个牌号。对于高炉基建来讲,本体封 板以下采用碳质灌浆料WF-06,该产品具有常温固化、热导率高的特点。高炉炉身下部、炉腹、炉缸采 用非水系灌浆料WF-02、WF-05;炉身上 部可采用灌浆料WF-02、WF-03。两种材 料具有施工性能好、强度高的特点,使用部 位在冷却壁和炉壳之间。水系灌浆料WF-03也可用 于热风管道的灌浆。对于高炉维修,采用灌浆料WF-01,该产品具有常温、高温均可固化,气密性好,强度高,施工简单等特点,使用效果良好。对于铁 口和风口区域维护采用灌浆料WF-04,含碳化硅,导热好,强度高。
  捣打料
  耐火捣 打料是用人工或机械捣打方法施工,并通过 加热硬化的不定形耐火材料。由具有 一定级配的耐火骨料、粉料、结合剂、外加剂组成,加水或 其它液体经过混练而成。根据使 用需要可由各种材质骨料与粉料配制捣打料。同时依 据耐火骨料材质的使用要求选用合适的结合剂。
  炭素捣 打料和碳化硅捣打料具有良好的常温施工性能和导热性。其中WH-03适用于 炭砖和冷却壁之间的缝隙填充捣打;WH-04适用于 大型高炉炉底水冷管中心线以上及炉底封板以上找平层的填充捣打;WH-05适用于 高炉炉缸冷却壁间填充捣打;WH-06适用于 高炉炉缸以上冷却壁间填充捣打。
  缓冲料
  耐火缓 冲料是指以可压缩的耐火原料为主要原料制成的可以缓冲耐火材料热膨胀应力的特种耐火材料。主要应 用于需要缓冲热膨胀应力的高炉、热风炉等工业炉窑。常用于 高炉的缓冲料主要有高铝质和SiC质缓冲料。
  炭素填料
  炭素填料是以冶金焦、煤焦油 等炭素材料为主构成的填料,主要用 于填充高炉炉底板下面、冷却板两侧等部位。
  铁屑填料
  铁屑填 料是以粘土熟料细粉、铁屑、铁精矿粉为主要原料,加入超微粉添加剂,用水泥 或水玻璃为结合剂制成的散状料体,用于填充冷却壁之间,炉喉钢 砖之间以及冷却壁与出铁口框、风、渣口大套之间的缝隙。
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