1、耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院一、钢铁冶炼过程一、钢铁冶炼过程二、炼铁用耐火材料二、炼铁用耐火材料三、转炉炼钢用耐火材料三、转炉炼钢用耐火材料四、电炉炼钢用耐火材料四、电炉炼钢用耐火材料五、炉外精炼用耐火材料五、炉外精炼用耐火材料六、连铸用耐火材料六、连铸用耐火材料主要内容主要内容1耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院RH真空处理真空处理三脱三脱转炉炼钢转炉炼钢烧结烧结炼焦炼焦炼铁炼铁采采矿矿选矿选矿LF精炼炉精炼炉炉外精炼炉外精炼ANS-OB喂丝喂丝VD真空脱气真空脱气连铸连铸轧钢轧钢一、一、钢铁冶炼过程钢铁冶炼过程2耐火材料
2、在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1 焦炉使用寿命焦炉使用寿命40年年的目标可以实现（只是从技术角度而的目标可以实现（只是从技术角度而言）。言）。2 一座高炉一般要配备一座高炉一般要配备34座热风炉、热风炉的寿命应该座热风炉、热风炉的寿命应该是高炉寿命的两倍、高炉长寿预期是高炉寿命的两倍、高炉长寿预期20年、热风炉寿命预期年、热风炉寿命预期应该是应该是40年年。3 热风炉预期的寿命热风炉预期的寿命40年、高炉寿命是年、高炉寿命是20年年。目前差距很。目前差距很大（只是从技术角度而言）。大（只是从技术角度而言）。为了适应现代化大型高炉日益苛刻的操作条件，必须为了适应现代化
3、大型高炉日益苛刻的操作条件，必须选用合适的耐火材料，才能达到高产长寿之目的。选用合适的耐火材料，才能达到高产长寿之目的。3耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院炼铁过程工艺示意图炼铁过程工艺示意图铁水铁水Hotmetal其他设备其他设备Other equipment热风炉热风炉Hot stove焦炉焦炉coke battery高炉高炉Blast furnace4耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1.1 高高 炉炉高炉炉体由上而下依次为：高炉炉体由上而下依次为：炉喉炉喉 400炉身炉身 4001100 炉腰炉腰 11001200 炉
4、腹炉腹 12001450 炉缸炉缸炉底炉底 14501600 5耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1.2 炉料在炉内分布（状态）炉料在炉内分布（状态）l固相区（块状带）固相区（块状带）：固体料软融前所分布的区：固体料软融前所分布的区域。域。l软融区（软融带）软融区（软融带）：炉料从开始软化到融化所：炉料从开始软化到融化所占的区域。占的区域。l滴落区（滴下带）：渣、铁全部融化滴落，穿滴落区（滴下带）：渣、铁全部融化滴落，穿过焦炭层下到炉缸的区域。过焦炭层下到炉缸的区域。l回旋区（燃烧带）：风口前燃料燃烧的区域。回旋区（燃烧带）：风口前燃料燃烧的区域。l炉缸区（
5、渣铁带）：形成最终渣、铁的区域。炉缸区（渣铁带）：形成最终渣、铁的区域。6耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1.2 炉料在炉内分布炉料在炉内分布区区 域域相对运动相对运动热交换热交换反反 应应固相区固相区（块状带）（块状带）固体炉料下降固体炉料下降煤气上升煤气上升上升煤气对固体上升煤气对固体炉料进行加热和炉料进行加热和干燥干燥间接还原、气间接还原、气化反应，碳酸化反应，碳酸盐分解、部分盐分解、部分直接还原直接还原软融区软融区（软融带）（软融带）煤气通过焦炭煤气通过焦炭夹层夹层矿石软化、半熔、矿石软化、半熔、煤气对半熔层进煤气对半熔层进行传热行传热直接还原、渗
6、直接还原、渗碳碳滴落区滴落区（滴下带）（滴下带）固体焦炭下降，固体焦炭下降，向回旋区供给向回旋区供给焦炭，熔铁下焦炭，熔铁下流流上升的煤气与滴上升的煤气与滴下的溶渣、铁水下的溶渣、铁水及焦炭进行交换及焦炭进行交换合金元素还原、合金元素还原、脱硫、渗碳、脱硫、渗碳、直接还原直接还原回旋区回旋区（燃烧带）（燃烧带）鼓风使焦炭回鼓风使焦炭回旋运动旋运动焦炭燃烧放热，焦炭燃烧放热，产生高温煤气产生高温煤气燃烧反应、部燃烧反应、部分再氧化分再氧化炉缸区炉缸区（渣铁带）（渣铁带）铁水和溶渣的铁水和溶渣的储存储存上部的热辐射、上部的热辐射、渣铁与焦炭的换渣铁与焦炭的换热热最终的精炼、最终的精炼、渣铁间的还原
7、渣铁间的还原、脱硫、渗碳脱硫、渗碳7耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1.3 高炉炉衬用耐火材料的使用条件：高炉炉衬用耐火材料的使用条件：（1 1）在高温下，不熔化、不软化、不挥发；）在高温下，不熔化、不软化、不挥发；（2 2）应具有能在高温、高压条件下保持炉体结构完整）应具有能在高温、高压条件下保持炉体结构完整的强度；的强度；（3 3）耐热冲击，耐磨损；）耐热冲击，耐磨损；（4 4）具有对铁水、炉渣和炉内煤气等的化学稳定性；）具有对铁水、炉渣和炉内煤气等的化学稳定性；（5 5）具有适当的导热率，同时又不影响冷却效果。）具有适当的导热率，同时又不影响冷却效
8、果。高炉用耐火材料，必须对炉内的反应保持物理和高炉用耐火材料，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：化学上的稳定，应达到以下要求：8耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院我国高炉用耐火材料的发展我国高炉用耐火材料的发展中国高炉用耐火材料的发展：中国高炉用耐火材料的发展：1、二十世纪八十年代以前：、二十世纪八十年代以前：Al2O3-SiO2系统天然矾土为主；系统天然矾土为主；Si3N4-SiC开始试用。开始试用。2、二十世纪九十年代：、二十世纪九十年代：Al2O3-C Al2O3-SiC Si3N4-SiC开始使用开始使用3、2000年以后：年以后：
9、Sialon系列产品全面实现工业化生产系列产品全面实现工业化生产中国高炉用耐火材料技术路线中国高炉用耐火材料技术路线：1、二十世纪八十年代随着宝钢全面建设开展。所有材料均来自日本。二十世纪八十年代随着宝钢全面建设开展。所有材料均来自日本。2、二十世纪九十年代宝钢高炉大修时逐步采用欧洲的技术路线：即二十世纪九十年代宝钢高炉大修时逐步采用欧洲的技术路线：即强调耐火材料也非常重视水冷技术。强调耐火材料也非常重视水冷技术。3、日本高炉用耐火材料也在改进，但步伐不大，至今仍很少用日本高炉用耐火材料也在改进，但步伐不大，至今仍很少用Sialon系统材料，但非常重视水冷技术。高炉寿命很长系统材料，但非常重视
10、水冷技术。高炉寿命很长超过超过20年。年。9耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院我国高炉长寿发展历程我国高炉长寿发展历程宝钢高炉本体用耐火材料历程对中国大型高炉用耐火材宝钢高炉本体用耐火材料历程对中国大型高炉用耐火材料发展具有重要意义料发展具有重要意义宝钢初期耐火材料全部是日本体系。我们通过引进宝钢初期耐火材料全部是日本体系。我们通过引进消消化化吸收吸收国产化的历程、实现一次跨越。国产化的历程、实现一次跨越。从日本模式转变到欧洲模式、材质也出现重大变化、走从日本模式转变到欧洲模式、材质也出现重大变化、走向赛隆结合碳化硅和赛隆结合刚玉体系。向赛隆结合碳化硅和赛隆结合
11、刚玉体系。10耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1.3.1 炉身上部和中部用耐火材料炉身上部和中部用耐火材料 在炉身上部，其破损机理主要是由于布料和炉料下降带来的机械在炉身上部，其破损机理主要是由于布料和炉料下降带来的机械冲刷和随上升气流而在此聚集的碱金属所产生的化学侵蚀。冲刷和随上升气流而在此聚集的碱金属所产生的化学侵蚀。在炉身中部，主要是热震破坏，其次是机械冲刷。在炉身中部，主要是热震破坏，其次是机械冲刷。炉身上部和中部侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：炉身上部和中部侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因侵蚀原因对耐火材料的性能要求对耐火材料的性能要求1
12、炉料下降过程的磨损炉料下降过程的磨损2.上升煤气流的冲刷磨损上升煤气流的冲刷磨损3.碱金属侵蚀破坏碱金属侵蚀破坏4.CO的破坏作用的破坏作用1.耐压强度高耐压强度高2.抗碱金属侵蚀性好抗碱金属侵蚀性好3.气孔率低气孔率低4.氧化铁含量低氧化铁含量低选用耐火材料选用耐火材料：粘土砖、硅线石砖、致密粘土砖、高铝砖等。粘土砖、硅线石砖、致密粘土砖、高铝砖等。11耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1.3.2炉身下部、炉腰炉身下部、炉腰炉身下部、炉腰侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：炉身下部、炉腰侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因侵蚀原因对耐火材料的性能要求对耐
13、火材料的性能要求1.初成渣的化学侵蚀初成渣的化学侵蚀2.下降炉料的磨损下降炉料的磨损3.金属铁的侵蚀破坏金属铁的侵蚀破坏4.煤气流冲刷磨损煤气流冲刷磨损5.热震引起的剥落热震引起的剥落1.抗渣侵蚀性好抗渣侵蚀性好2.抗碱金属侵蚀性好抗碱金属侵蚀性好3.高温强度高高温强度高4.导热性好导热性好5.气孔率低气孔率低6.热震稳定性好热震稳定性好 从炉身下部到炉腰的砖衬，既受下降炉料和上升高温高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，又受高压煤气的磨损以及温度变化引起的热冲击，又受高FeO高高碱度初渣的化学侵蚀，更为严重的是碱金属和锌蒸气造成碱度初渣的化学
14、侵蚀，更为严重的是碱金属和锌蒸气造成的碳素沉积和化学反应，使耐火砖组织脆化，失去强度。的碳素沉积和化学反应，使耐火砖组织脆化，失去强度。选用耐火材料：选用耐火材料：铝炭砖、碳化硅砖、热压小块炭砖及半石墨化炭铝炭砖、碳化硅砖、热压小块炭砖及半石墨化炭-碳化硅砖等。碳化硅砖等。12耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1.3.3 炉腹用耐火材料炉腹用耐火材料炉腹带侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：炉腹带侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因侵蚀原因对耐火材料的性能要求对耐火材料的性能要求1.1.高温煤气流的冲刷磨损高温煤气流的冲刷磨损2.2.热态渣铁的冲刷侵蚀热态渣
15、铁的冲刷侵蚀3.3.高温破坏作用高温破坏作用1.1.高温耐磨性好高温耐磨性好2.2.抗渣铁侵蚀性好抗渣铁侵蚀性好3.3.导热性好导热性好炉腹处砌砖在冷却壁的冷却作用下，可以形成渣皮，起保护作用。炉腹处砌砖在冷却壁的冷却作用下，可以形成渣皮，起保护作用。选用耐火材料：选用耐火材料：高铝砖、铝碳砖、半石墨化碳高铝砖、铝碳砖、半石墨化碳-碳化硅砖、热压小块碳砖、碳化硅砖、热压小块碳砖、Si3N4结合结合SiC砖等砖等。13耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1.3.4 炉缸、炉底用耐火材料炉缸、炉底用耐火材料内衬侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：内衬侵蚀原因及对耐材的
16、基本性能要求：侵蚀原因侵蚀原因对耐火材料的性能要求对耐火材料的性能要求1.1.铁水溶蚀及渗透铁水溶蚀及渗透2.2.铁水环流冲刷侵蚀铁水环流冲刷侵蚀3.3.碱金属侵蚀碱金属侵蚀4.4.热应力的破坏作用热应力的破坏作用1.1.抗铁水溶蚀、抗渗透性好抗铁水溶蚀、抗渗透性好2.2.导热性好导热性好3.3.抗碱金属侵蚀性好抗碱金属侵蚀性好4.4.气孔率低、微孔性气孔率低、微孔性 炉缸侧壁砌体出铁口以上受到铁渣的侵蚀作用，出铁口以下炉缸侧壁砌体出铁口以上受到铁渣的侵蚀作用，出铁口以下为为”死铁层死铁层”,长期受铁水侵泡，在炉缸壁与炉底的交界处受到长期受铁水侵泡，在炉缸壁与炉底的交界处受到铁水环流的冲刷作用
17、因此要求砌体具有良好的抗铁渣、铁水侵铁水环流的冲刷作用。因此要求砌体具有良好的抗铁渣、铁水侵蚀能力和抗机械冲刷能力。蚀能力和抗机械冲刷能力。目前国内大、中型高炉炉缸、炉底大多采用目前国内大、中型高炉炉缸、炉底大多采用碳砖和碳砖陶碳砖和碳砖陶瓷杯复合炉缸瓷杯复合炉缸两种。两种。14耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院陶瓷杯结构示意图陶瓷杯结构示意图高炉风口区示意图15耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院 高炉用高炉用陶瓷杯：陶瓷杯：最早的陶瓷杯结构是法国沙佛埃公司的炉缸结构。其特点最早的陶瓷杯结构是法国沙佛埃公司的炉缸结构。其特点如下
18、在大块碳砖的内侧砌筑刚玉如下：在大块碳砖的内侧砌筑刚玉-莫来石质的陶瓷杯；陶瓷莫来石质的陶瓷杯；陶瓷杯与碳块之间留有一定的间隙，用特制的捣打料充填，防止因杯与碳块之间留有一定的间隙，用特制的捣打料充填，防止因材质的热膨胀率不同而造成结构应力的破坏。材质的热膨胀率不同而造成结构应力的破坏。我国有多座大型高炉应用了法国的陶瓷杯，使用效果普遍我国有多座大型高炉应用了法国的陶瓷杯，使用效果普遍较好，炉底炉缸寿命大幅提高，在高冶炼强度的条件下，炉底较好，炉底炉缸寿命大幅提高，在高冶炼强度的条件下，炉底炉缸能确保安全生产。炉缸能确保安全生产。国产陶瓷杯砖如刚玉莫来石砖，刚玉碳化硅砖等在大、国产陶瓷杯砖如
19、刚玉莫来石砖，刚玉碳化硅砖等在大、中型高炉上广泛应用。由于陶瓷杯砖的导热系数较小，对炉缸中型高炉上广泛应用。由于陶瓷杯砖的导热系数较小，对炉缸的铁水有保温作用，因而能提高铁水温度，降低能源消耗，炉的铁水有保温作用，因而能提高铁水温度，降低能源消耗，炉缸热量充足又利于高炉操作，提高铁水质量，因而陶瓷杯炉底缸热量充足又利于高炉操作，提高铁水质量，因而陶瓷杯炉底炉缸结构得到迅速发展。炉缸结构得到迅速发展。16耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.2 高炉炉前用耐火材料高炉炉前用耐火材料17耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.2.1 高
20、炉出铁口炮泥高炉出铁口炮泥 炮泥的发展：炮泥的发展：1.水性炮泥、水性炮泥、2.焦油炮泥焦油炮泥3.高性能焦油炮泥高性能焦油炮泥4.树脂炮泥树脂炮泥炉缸炉缸出铁口出铁口 炮泥是用来封堵出铁口的耐火材料，可分为有水炮泥和无炮泥是用来封堵出铁口的耐火材料，可分为有水炮泥和无水炮泥两大类。水炮泥两大类。18耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院出铁口炮泥：出铁口炮泥：随着高炉尺寸和容积的增大，炮泥用耐火材料已由随着高炉尺寸和容积的增大，炮泥用耐火材料已由硅质变为高铝质；同样根据环境的要求，对传统的煤焦硅质变为高铝质；同样根据环境的要求，对传统的煤焦油成分进行改进，以改善炉
21、前作业环境；油成分进行改进，以改善炉前作业环境；为了延长出铁时间，研究者在炮泥中加入为了延长出铁时间，研究者在炮泥中加入SiC、Si3N4和含有特殊碳的矾土质、电熔氧化铝质原料，使炮和含有特殊碳的矾土质、电熔氧化铝质原料，使炮泥的性能有了极大的提高，出铁条件稳定，出铁口不泥的性能有了极大的提高，出铁条件稳定，出铁口不扩径，铁水和渣稳定流出，但是由于强度高，需要特扩径，铁水和渣稳定流出，但是由于强度高，需要特殊的钻孔机才能打开铁孔。殊的钻孔机才能打开铁孔。19耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.3 铁水预处理用耐火材料铁水预处理用耐火材料1.出铁沟用耐火材料；出
22、铁沟用耐火材料；2.鱼雷混铁罐车和铁水包用耐火材料鱼雷混铁罐车和铁水包用耐火材料3.喷枪用耐火材料喷枪用耐火材料4.铁水搅拌器用耐火材料铁水搅拌器用耐火材料20耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1）铁水预处理）铁水预处理l铁水预处理是对炼钢用铁水进行脱硅、脱磷和脱硫处理（简称为铁水预处理是对炼钢用铁水进行脱硅、脱磷和脱硫处理（简称为“三脱三脱”），主要在出铁沟、鱼雷式混铁车、铁水包和混铁炉中进行。），主要在出铁沟、鱼雷式混铁车、铁水包和混铁炉中进行。l脱硅主要使用铁磷（氧化剂）和石灰系处理剂；脱硅主要使用铁磷（氧化剂）和石灰系处理剂；l脱磷主要使用石灰系和苏打灰
23、系处理剂；脱磷主要使用石灰系和苏打灰系处理剂；l脱硫主要使用石灰系处理剂和镁电石系处理剂。脱硫主要使用石灰系处理剂和镁电石系处理剂。高炉出铁沟分为主高炉出铁沟分为主铁沟、铁沟和渣沟铁沟、铁沟和渣沟石灰石灰21耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2）铁水预处理对耐火材料的作用与要求）铁水预处理对耐火材料的作用与要求l铁水预处理剂对耐火材料的作用：铁水预处理剂对耐火材料的作用：高温铁水和炉渣的强烈冲刷磨损作用；高温铁水和炉渣的强烈冲刷磨损作用；各种预处理剂的化学侵蚀作用；各种预处理剂的化学侵蚀作用；炉渣的渗透和侵蚀作用；炉渣的渗透和侵蚀作用；间歇操作带来的温度聚变作用
24、间歇操作带来的温度聚变作用。l铁水预处理用耐火材料的要求：铁水预处理用耐火材料的要求：高温强度大，耐磨损；高温强度大，耐磨损；耐各种处理剂的侵蚀；耐各种处理剂的侵蚀；抗炉渣的侵蚀性好；热震稳定性好。抗炉渣的侵蚀性好；热震稳定性好。便于现场施工，对环境污染小。便于现场施工，对环境污染小。22耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院3）预处理剂对耐火材料的作用）预处理剂对耐火材料的作用l（1）苏打粉（）苏打粉（Na2CO3）熔点熔点852，生成的，生成的Na2O会与耐火材料中的会与耐火材料中的SiO2、Al2O3等生成低熔点的等生成低熔点的偏硅酸钠等低熔物。偏硅酸钠等低
25、熔物。l（2）石灰（）石灰（CaO）氧化钙可与耐火材料中的氧化钙可与耐火材料中的SiO2、Al2O3等反应生成长石类晶体和铝酸钙及等反应生成长石类晶体和铝酸钙及玻璃相等物质。玻璃相等物质。l（3）氧化铁）氧化铁是一种两性氧化物，对酸性材料来说，它作为强碱的是一种两性氧化物，对酸性材料来说，它作为强碱的FeO起作用，生成起作用，生成FeO-Al2O3-SiO2低熔物。低熔物。l（4）电石（）电石（CaC2）它的侵蚀作用来源于氧化后生成的它的侵蚀作用来源于氧化后生成的CaO的侵蚀。的侵蚀。l（5）萤石（）萤石（CaF2）是强溶剂，可降低炉渣的熔点和黏度，加速对耐火材料的侵蚀，分解生是强溶剂，可降低
26、炉渣的熔点和黏度，加速对耐火材料的侵蚀，分解生成的成的CaO也对耐火材料发生侵蚀。也对耐火材料发生侵蚀。23耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1.1高炉出铁沟用耐火材料的性能和施工要求高炉出铁沟用耐火材料的性能和施工要求 出铁主沟由于要经受周期性熔渣的化学侵蚀，炉前沟衬耐出铁主沟由于要经受周期性熔渣的化学侵蚀，炉前沟衬耐火材料必须满足如下性能要求：火材料必须满足如下性能要求：1 1、具有优良的高温耐磨性，耐铁水和熔渣的冲刷能力强；、具有优良的高温耐磨性，耐铁水和熔渣的冲刷能力强；2 2、耐熔渣的化学侵蚀性和渗透性好，抗氧化能力强；、耐熔渣的化学侵蚀性和渗透性好，
27、抗氧化能力强；3 3、具有良好的抗热震性，抗爆裂性好；、具有良好的抗热震性，抗爆裂性好；4 4、重烧体积变化小，具有致密均匀的结构。、重烧体积变化小，具有致密均匀的结构。根据高炉炉前施工和使用要求，出铁沟耐火材料必须满足根据高炉炉前施工和使用要求，出铁沟耐火材料必须满足以下条件：以下条件：1 1、良好的施工性能，可进行快速施工；、良好的施工性能，可进行快速施工；2 2、能够快速烘烤而不炸裂；、能够快速烘烤而不炸裂；3 3、在施工和使用中不产生有害气体，不污染环境；、在施工和使用中不产生有害气体，不污染环境；4 4、不粘渣铁，便于解体和修补。、不粘渣铁，便于解体和修补。24耐火材料在钢铁冶金中的
28、应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1.2 高炉出铁沟用耐火材料的发展历程高炉出铁沟用耐火材料的发展历程初期捣打料初期捣打料Al2O3-SiC-C系系(ASC)捣打料捣打料ASC浇注料浇注料ASC预制块预制块优质优质ASC浇注料浇注料优质优质ASC捣打料捣打料ASC喷补料喷补料ASC干式振动料干式振动料无搅拌无搅拌ASC浇注料浇注料高温喷涂料高温喷涂料ASC自流浇注料自流浇注料25耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1.3 优质优质ASC浇注料的特点浇注料的特点l采用了高纯原料；采用了高纯原料；l物料的组成和粒度得到了调整；物料的组成和粒度得到了调整；l具
29、有快速烘干和防暴裂性能；具有快速烘干和防暴裂性能；加入少量的金属加入少量的金属Al粉；粉；加入少量的有机发泡剂加入少量的有机发泡剂加入少量的有机纤维；加入少量的有机纤维；l具有较好的抗氧化性；具有较好的抗氧化性；加入少量的加入少量的Si粉；粉；加入氮化硅铁；加入氮化硅铁；l加入了高效反絮凝剂。加入了高效反絮凝剂。加入少量的聚磷酸盐。加入少量的聚磷酸盐。26耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1.4 ASC浇注料各原料的作用浇注料各原料的作用l出铁沟用出铁沟用ASC浇注料一般为低水泥或超低水泥浇注料，主浇注料一般为低水泥或超低水泥浇注料，主要由要由Al2O3骨料，骨
30、料，SiC、碳、水泥及各种添加剂配合而成。、碳、水泥及各种添加剂配合而成。l（1）Al2O3骨料骨料Al2O3骨料主要包括电熔刚玉、棕刚玉、亚白刚玉、烧结氧化铝和高铝骨料主要包括电熔刚玉、棕刚玉、亚白刚玉、烧结氧化铝和高铝矾土熟料，使用时应根据材料的使用条件选定，高档材料选用电熔致矾土熟料，使用时应根据材料的使用条件选定，高档材料选用电熔致密刚玉，中档选用棕刚玉、低档用烧结刚玉。密刚玉，中档选用棕刚玉、低档用烧结刚玉。l（2）SiC（1）可以有效地防止碳的氧化；）可以有效地防止碳的氧化；（2）SiC膨胀系数低，可以防止膨胀系数低，可以防止ASC浇注料加热冷却过程的开裂；浇注料加热冷却过程的开裂
31、3）SiC的导热率高，可以提高的导热率高，可以提高ASC浇注料的热震稳定性；浇注料的热震稳定性；（4）SiC氧化后产生的氧化后产生的SiO2、CO和和CO2可以有效的抑制材料的氧化；可以有效的抑制材料的氧化；（5）SiC可以有效地提高材料的抗冲涮性能；可以有效地提高材料的抗冲涮性能；27耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1.4 ASC浇注料各原料的作用浇注料各原料的作用l（3）碳）碳可以阻止熔渣相材料内部的渗透；提高材料的抗侵蚀性；可以阻止熔渣相材料内部的渗透；提高材料的抗侵蚀性；可以提高材料的热导率，提高材料的热震稳定性，减轻材料的结构剥落可以提高材料的热
32、导率，提高材料的热震稳定性，减轻材料的结构剥落和开裂。和开裂。碳可以选用石墨、碳黑、沥青焦等原料加入。碳可以选用石墨、碳黑、沥青焦等原料加入。l（4）水泥）水泥加入水泥是为了维持材料的低温和中温强度；加入水泥是为了维持材料的低温和中温强度；加入水泥时，会带入少量的加入水泥时，会带入少量的CaO，不利于材料的抗侵蚀性；，不利于材料的抗侵蚀性；同时水泥的加入量增加，材料的需水量增加，浇注料的气孔增加，抗侵同时水泥的加入量增加，材料的需水量增加，浇注料的气孔增加，抗侵蚀性也下降，所以目前浇注料的发展趋势是低水泥和超低水泥蚀性也下降，所以目前浇注料的发展趋势是低水泥和超低水泥ASC浇注浇注料。料。l（
33、5）硅粉（硅素）硅粉（硅素）加入硅粉可以与材料中的碳生成加入硅粉可以与材料中的碳生成SiC，一方面可以提高浇注料的高温强度，一方面可以提高浇注料的高温强度，另一方面可以提高浇注料的抗氧化性和抗渣性。另一方面可以提高浇注料的抗氧化性和抗渣性。28耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1.4 ASC浇注料各原料的作用浇注料各原料的作用l（6）金属铝粉）金属铝粉由于金属铝粉可以和浇注料中的水反应生成由于金属铝粉可以和浇注料中的水反应生成H2排除，留下细小的排气孔，排除，留下细小的排气孔，可以脱掉部分游离水，同时可以防止在烘烤时产生爆裂。可以脱掉部分游离水，同时可以防止在烘
34、烤时产生爆裂。水化反应中产生的热量可以加速脱水速度，加速浇注料的凝结硬化，提水化反应中产生的热量可以加速脱水速度，加速浇注料的凝结硬化，提高浇注料的强度；高浇注料的强度；金属铝粉的加入量不宜过多，否则会使得材料的结构疏松，强度降低，金属铝粉的加入量不宜过多，否则会使得材料的结构疏松，强度降低，抗侵蚀性变差。抗侵蚀性变差。l（7）有机纤维）有机纤维防止浇注料在烘烤的过程发生爆裂。防止浇注料在烘烤的过程发生爆裂。l（8）聚磷酸钠）聚磷酸钠具有分散减水效果，提高材料的体积密度，降低气孔率，提高强度，改具有分散减水效果，提高材料的体积密度，降低气孔率，提高强度，改善施工性能等作用；善施工性能等作用；选
35、用的聚磷酸钠主要为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠等。选用的聚磷酸钠主要为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠等。29耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院1.5 出铁沟耐火材料的损毁出铁沟耐火材料的损毁l铁水和炉渣的机械冲刷和磨损铁水和炉渣的机械冲刷和磨损以宝钢以宝钢4000m3的高炉为例。日出铁量为的高炉为例。日出铁量为1万吨，出渣量为万吨，出渣量为3200吨，出铁吨，出铁速度为速度为57t/min；所以耐火材料受到了高温铁水和炉渣的机械冲刷和磨；所以耐火材料受到了高温铁水和炉渣的机械冲刷和磨损非常严重。损非常严重。提高材料的高温抗折强度可以有效地提高材料的机械冲刷和磨损。提高材料的高
36、温抗折强度可以有效地提高材料的机械冲刷和磨损。l化学侵蚀作用化学侵蚀作用上渣线部位为熔渣和空气中的上渣线部位为熔渣和空气中的O2的化学反应和侵蚀；的化学反应和侵蚀；下渣线部位为铁水和其中下渣线部位为铁水和其中FeO对耐火材料的反应和侵蚀。对耐火材料的反应和侵蚀。l热震损毁热震损毁使用过程中材料会承受使用过程中材料会承受5001500温度的循环作用，这会使得材温度的循环作用，这会使得材料内部产生横向和纵向裂纹；料内部产生横向和纵向裂纹；产生的裂纹在熔渣和铁水的作用下将加速材料的侵蚀，冲刷和损毁。产生的裂纹在熔渣和铁水的作用下将加速材料的侵蚀，冲刷和损毁。30耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科
37、技技大大学学材材料料学学院院1.6 出铁沟耐火材料的修补出铁沟耐火材料的修补l目的：最大限度的发挥出铁沟耐火材料的潜力，降低耐火材料消耗，降目的：最大限度的发挥出铁沟耐火材料的潜力，降低耐火材料消耗，降低单位成本。低单位成本。l喷补流程：喷补流程：0h2h1h3h停停止止出出铁铁喷补喷补干燥干燥开开始始出出铁铁后期处理后期处理清除表面清除表面喷补准备喷补准备清除残铁清除残铁作业作业l喷补形式：喷补形式：全面喷补：对主要易损坏的部位，采取有计划的预防性全面喷补以取得全面喷补：对主要易损坏的部位，采取有计划的预防性全面喷补以取得均衡的损坏。均衡的损坏。局部喷补：对出铁沟的渣线、铁线等处因为龟裂、剥
38、落、侵蚀等原因形局部喷补：对出铁沟的渣线、铁线等处因为龟裂、剥落、侵蚀等原因形成局部损坏后进行的修补方法。成局部损坏后进行的修补方法。l注意事项：注意事项：喷补层的密度低，容易损耗；同时会产生喷补料粘结不牢和玻璃现象。喷补层的密度低，容易损耗；同时会产生喷补料粘结不牢和玻璃现象。31耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院l在未进行铁水预处理时，采用致密粘土砖砌筑，渣线部在未进行铁水预处理时，采用致密粘土砖砌筑，渣线部位使用莫来石砖，内衬寿命为位使用莫来石砖，内衬寿命为700次。次。l在进行铁水预处理后，改用在进行铁水预处理后，改用Al2O3-SiC-C砖砌筑，寿命达
39、砖砌筑，寿命达到了到了1700次次32耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.1 鱼雷混铁罐车用耐火材料的发展鱼雷混铁罐车用耐火材料的发展以日本为例：以日本为例：l1972年代以前，不进行铁水预处理时，使用的是优质粘土年代以前，不进行铁水预处理时，使用的是优质粘土砖；砖；l1972年以后，由于脱硫处理的需要：改为高铝砖、高铝年以后，由于脱硫处理的需要：改为高铝砖、高铝-SiC砖、高铝砖、高铝-SiC-C砖、莫来石砖、刚玉砖、白云石砖、红砖、莫来石砖、刚玉砖、白云石砖、红柱石砖和镁碳砖等。柱石砖和镁碳砖等。l上世纪上世纪80年代后，由于脱硫、脱硅和脱磷需要：改为年代
40、后，由于脱硫、脱硅和脱磷需要：改为ASC不烧砖，并在此基础之上在不烧砖，并在此基础之上在ASC砖中加入砖中加入ZrO2、石墨、石墨、Al等金属粉、硼硅酸盐玻璃、等金属粉、硼硅酸盐玻璃、Si3N4、Al2O3、AlON、硅线石族矿物和叶蜡石等，进一步提高了硅线石族矿物和叶蜡石等，进一步提高了ASC砖的耐蚀性砖的耐蚀性等性能。等性能。33耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.2 ASC不烧砖的特点不烧砖的特点lASC不烧砖为氧化铝、碳化硅和碳组成的树脂结合不烧砖。不烧砖为氧化铝、碳化硅和碳组成的树脂结合不烧砖。l氧化铝为砖的主要成分，对苏打和氧化铁型炉渣具有很强的氧
41、化铝为砖的主要成分，对苏打和氧化铁型炉渣具有很强的抗侵蚀性能，但是耐热震损伤性较差；抗侵蚀性能，但是耐热震损伤性较差；l碳可以有效地防止炉渣的渗透和侵蚀，可以改善材料的热震碳可以有效地防止炉渣的渗透和侵蚀，可以改善材料的热震稳定性，但是易氧化。稳定性，但是易氧化。l碳化硅可以后效的防止碳的氧化，同时可以提高材料的耐磨碳化硅可以后效的防止碳的氧化，同时可以提高材料的耐磨性和耐冲涮性。性和耐冲涮性。l采用树脂结合可以提高材料的施工性能，可以有效地将原料采用树脂结合可以提高材料的施工性能，可以有效地将原料结合在一起，同时高温烧成后的残碳，可以提高材料的抗侵结合在一起，同时高温烧成后的残碳，可以提高材
42、料的抗侵蚀性能。蚀性能。34耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院2.3 ASC不烧砖的损毁机理不烧砖的损毁机理Al2O3-SiC-C砖砖砖工作面上的砖工作面上的C、SiC被渣被渣的组分氧化的组分氧化砖的基质与渣反应砖的基质与渣反应渣向脱碳层侵入渣向脱碳层侵入砖的结合强度下降砖的结合强度下降砖损毁砖损毁Al2O3颗粒脱落、熔蚀颗粒脱落、熔蚀基质熔出、侵蚀基质熔出、侵蚀ASC砖的改进措施：砖的改进措施：l提高砖的致密度；提高砖的致密度；l改善砖的结合程度；改善砖的结合程度；l添加适量的防氧化剂。添加适量的防氧化剂。35耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学
43、材材料料学学院院2.3 铁水包用耐火材料铁水包用耐火材料铁水包用耐火材料：铁水包用耐火材料：1、高铝砖（、高铝砖（Al2O36070）；）；2、Al2O3-SiC-C浇注料使用寿命得到提高，原因：工浇注料使用寿命得到提高，原因：工作衬表面平滑不挂渣，耐热震性能好，不产生剥落。作衬表面平滑不挂渣，耐热震性能好，不产生剥落。相对于鱼雷式混铁车而言，铁水包是一种适合于相对于鱼雷式混铁车而言，铁水包是一种适合于近距离运输的铁水预处理装置。近距离运输的铁水预处理装置。36耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院3.喷枪用耐火材料喷枪用耐火材料l喷枪为铁水预处理的重要装置，在铁水
44、预处理时，喷枪浸入喷枪为铁水预处理的重要装置，在铁水预处理时，喷枪浸入铁水中，预处理剂通过喷枪以氧气、氮气为载气吹入铁水中，铁水中，预处理剂通过喷枪以氧气、氮气为载气吹入铁水中，与铁水充分混合和反应。与铁水充分混合和反应。铁水预处理喷枪的损毁因素及对耐火材料的要求铁水预处理喷枪的损毁因素及对耐火材料的要求使用的耐火材料为高铝质不定形耐火浇注料。使用的耐火材料为高铝质不定形耐火浇注料。37耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院喷枪用耐火材料的损毁喷枪用耐火材料的损毁l熔渣和铁水的侵蚀和冲刷；熔渣和铁水的侵蚀和冲刷；l反复的加热和冷却，引起的反复的加热和冷却，引起的热剥
45、落和龟裂；热剥落和龟裂；l喷枪的摇动和振动等机械作喷枪的摇动和振动等机械作用引起的剥落。用引起的剥落。l改进方法：改进方法：改善材料的基质，使用热震改善材料的基质，使用热震稳定性好的材料；稳定性好的材料；添加耐热钢纤维；添加耐热钢纤维；在钢管和浇注料之间留出膨在钢管和浇注料之间留出膨胀缝隙。胀缝隙。38耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院KR铁水脱硫搅拌器用耐火材料铁水脱硫搅拌器用耐火材料l使用的耐火材料为高铝质不定形耐火浇注料。使用的耐火材料为高铝质不定形耐火浇注料。l损毁的原因是：铁水和熔渣的冲刷磨损与侵蚀，脱硫剂的侵损毁的原因是：铁水和熔渣的冲刷磨损与侵蚀，
46、脱硫剂的侵蚀，以及间歇操作带来的热震损伤。蚀，以及间歇操作带来的热震损伤。39耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院3 热风炉用耐火材料热风炉用耐火材料 热风炉有四种形式：内燃式、外燃式、顶燃式和球式热风炉有四种形式：内燃式、外燃式、顶燃式和球式热风炉四种。热风炉四种。内燃式热风炉内燃式热风炉外燃式热风炉外燃式热风炉外燃式热风炉优点：蓄热室内温度场分布较均匀，燃烧室内燃烧完全，结构稳定。外燃式热风炉优点：蓄热室内温度场分布较均匀，燃烧室内燃烧完全，结构稳定。缺点：投资高、结构复杂和占地面积大。缺点：投资高、结构复杂和占地面积大。40耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁
47、科科技技大大学学材材料料学学院院3.2 热风炉炉衬损毁机理热风炉炉衬损毁机理 因热风炉的结构形式不同，炉衬的损毁情况也有差异，内燃式热风炉因热风炉的结构形式不同，炉衬的损毁情况也有差异，内燃式热风炉最易损毁的部位是隔墙；外燃式热风炉则是燃烧室和蓄热室的拱顶、两室最易损毁的部位是隔墙；外燃式热风炉则是燃烧室和蓄热室的拱顶、两室的连接过桥等高温部位。综合损毁原因主要有以下三点：的连接过桥等高温部位。综合损毁原因主要有以下三点：1.热应力作用：热应力作用：热风炉炉衬和格子砖总是处于冷热交变的状态下，受热应力热风炉炉衬和格子砖总是处于冷热交变的状态下，受热应力的作用，极易导致砌体产生裂纹、剥落、砌体松
48、动等破坏因素。的作用，极易导致砌体产生裂纹、剥落、砌体松动等破坏因素。2.2.化学侵蚀：化学侵蚀：由于燃烧用煤气和助燃空气中含有一定的碱性氧化物（氧化铁、由于燃烧用煤气和助燃空气中含有一定的碱性氧化物（氧化铁、氧化锌等），这些物质附着于砌体表面，并向内部渗透，逐渐与耐火材料发氧化锌等），这些物质附着于砌体表面，并向内部渗透，逐渐与耐火材料发生化学反应，生成低熔物，降低了耐火材料的高温使用性能。生化学反应，生成低熔物，降低了耐火材料的高温使用性能。3.机械载荷作用：机械载荷作用：热风炉是一种较高的建筑物，蓄热室下部格子砖承受的热风炉是一种较高的建筑物，蓄热室下部格子砖承受的最大载荷高达最大载荷高
49、达0.8MPa，燃烧室下部衬体承受的载荷也达，燃烧室下部衬体承受的载荷也达0.5MPa左右，在左右，在长期受热的状态下，砌体容易产生较大的收缩变形，严重影响热风炉的使长期受热的状态下，砌体容易产生较大的收缩变形，严重影响热风炉的使用寿命。用寿命。41耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院3.3 热风炉耐火材料的性能要求热风炉耐火材料的性能要求l根据目前热风炉的使用情况，热风炉对蓄热材料的要求主要根据目前热风炉的使用情况，热风炉对蓄热材料的要求主要有以下几点：有以下几点：1)具有很好的体积稳定性，即在高温使用中不至因为内部晶具有很好的体积稳定性，即在高温使用中不至因为
50、内部晶相结构变化造成永久性过大的膨胀与收缩，使蓄热砖、砌筑相结构变化造成永久性过大的膨胀与收缩，使蓄热砖、砌筑体有很好的体稳定性。体有很好的体稳定性。2)抗高温荷重蠕变性能好。抗高温荷重蠕变性能好。3)有高的蓄热性能，这要求材质有高密度、高比热容。有高的蓄热性能，这要求材质有高密度、高比热容。4)有较高的导热系数，使蓄热砌体在换热器周期中能以最高有较高的导热系数，使蓄热砌体在换热器周期中能以最高速度与效率进行吸放热速度与效率进行吸放热。42耐火材料在钢铁冶金中的应用辽辽宁宁科科技技大大学学材材料料学学院院3.4 热风炉使用的主要耐火材料热风炉使用的主要耐火材料1）拱顶及大墙高温区：硅砖、）拱顶
