耐火材料应用复习

1、第一节高炉用耐火材料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、渣铁侵蚀、碱金属侵蚀和铅锌渗透、热应力和高温荷重等综合因素，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。高炉炉体由炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸5部分组成。炉体设有风口、出渣口、出铁口、冷却系统及加料装置等设施。高炉炉衬按其使用损毁特点可分为上、中、下三段；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。1. 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

2、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的高铝砖砌筑。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，使衬砖组织变的脆弱，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。2、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，碱金属蒸汽的侵蚀作用较重，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，碱侵蚀及高温含尘烟气的冲刷均较炉

3、身严重。炉腹部位的温度较炉腰高，其下部炉料温度约为16001650，气流的温度更高，低粘度的熔渣大量形成，不但渣蚀严重，同时仍然承受焦炭的摩擦以及由上而下的熔体及炙热气流的冲刷，该部位炉衬的损毁最为严重。碳化硅耐火制品具有硬度高、高温强度大，热膨胀率低、导热性能、抗碱侵蚀性与抗热震性优良等特点，是高炉中段较为合适的炉衬材料。炉身非工作层采用粘土质隔热砖砌筑，也可以用高铝水泥隔热耐火浇注料浇注和喷涂施工。3、炉缸及炉底用耐火材料炉缸是盛装铁水和熔渣的部位，其侧壁上设有出渣口、出铁口和风口。该部位长期承受高温、热荷载、铁水和熔渣的侵蚀，以及热应力等作用。炉缸上部风口区温度最高，可达17002000

4、以上。铁水与熔渣渗入砖的气孔与砖缝中，加快对炉衬侵蚀，导致砌体变形开裂，甚至炉底砖漂浮。目前，国内外大中型高炉普遍采用致密度高、导热性和抗侵蚀性好的石墨碳砖和微孔碳砖, 使碳砖损毁的因素除渗入有金属铁外，还生成氧化铁和碳化铁，导致组织破坏。此外，碳砖遇有水蒸气等物质时发生氧化，也是损毁的原因。对于粘土砖或高铝砖炉缸及炉底来说，铁水中的碳能将砖中的二氧化硅还原成硅，并为铁水所吸收形成硅铁，使砖的表面呈半熔融状态。当侵蚀达到一定深度，即达到铁水凝固线时，铁水与熔渣的渗入即中止在大型高炉上广泛采用砌筑陶瓷杯来保护炉底及炉缸壁。炉底采用莫来石砖或优质粘土砖，上升部分用铬刚玉砖，也有采用超低水泥结合的棕

5、刚玉浇注件，以形成“陶瓷杯”。目前，采用较多的是塞隆结合刚玉砖作为陶瓷杯材料两种炉缸炉底结构“传热法”高导热热压小块炭砖炉缸优点：由于发挥了炭砖的高导热性,使铁水的热量很快传入炭砖,再由炭砖很快地传出炉缸而被冷却水带走,进而使靠近炭砖热面的铁水凝固形成渣铁壳,以达到保护炉缸炉底的目的。缺点：形成渣铁壳前高导热系数的炭砖过于容易接收铁水的热量,很快达到其脆化温度,渣铁壳不易稳定存在,炉缸长寿仍存在隐患“隔热法”陶瓷杯复合炉缸由于陶瓷质的低导热系数,抑制了炉缸炉底的冷却作用,冷却水无用损耗较大,即使搭配采用高导热系数的炭砖,也很难使铁水凝固成渣铁壳;同时使得陶瓷杯内热应力过大,陶瓷杯一直面对炙热铁

6、水的冲刷,高炉寿命的延长以高成本陶瓷杯的不可逆转的消耗为代价造成炉底、炉缸温度升高的原因可能有: 炉体窜煤气,造成温度升高;炉缸、炉底冷却水水量小,冷却强度不够;热电偶温度显示异常;重金属、碱金属引起炉缸、炉底异常侵蚀冷却壁内水管与铸件本体间缝隙大,影响传热; 炭砖发生环裂影响传热,造成炉底、炉基温度升高; 炭捣料导热系数达不到要求,影响热量的导出; 炭捣料(包括炉缸炉底)密度不够,炭捣料与炭砖、冷却壁间有空隙,影响传热。出铁沟 出铁沟和出渣沟是流放铁水与熔渣的通道，承受较强的铁水流和渣流的机械冲刷、化学侵蚀和急冷急热等作用，极易损毁，需要经常维护。对铁沟内衬用耐火材料的要求是:耐铁水和熔渣的

7、侵蚀和冲刷能力强;抗热震性能好;重烧体积变化小;不粘结渣铁、易于施工与拆除，且不产生有害气体;（2）出铁口用炮泥及要求用于堵塞出铁口的泥料称为炮泥。可塑性好，能快速固结产生强度；良好的抗侵蚀能力和耐冲刷性能，出铁时孔径扩大要适当；良好的透气性，确保产生的气体能够逸出；良好的体积稳定性，收缩时铁水不溢出；出铁时，炮泥容易钻开，并不与铁口耐火材料发生反应；炮泥一般用粘土熟料、高铝熟料、莫来石、碳化硅、碳粒和粘土为原料；大型高炉则用电熔氧化铝、碳化硅、粘土等为原料，并用水或树脂进行混练制成有水炮泥或无水炮泥，装袋待用第二节热风炉用耐火材料热风炉是一组用格子砖堆积起来的庞大的高炉鼓风加热设施。格子砖作

8、为高温热量的载体在热风炉燃烧期内吸收并储存燃烧产物的热量，然后在送风期内放出热量加热送风。热风炉用耐火材料除了考虑体积密度及与热容量有关的比热容外，抗蠕变性能仍是最重要的指标。抗热震性与强度、外形准确且无残余膨胀都是重要的性能对热风炉耐火材料的要求主要是： 荷重软化点温度高； 耐冲击性好； 气孔率低； 体积密度大； 较大热容量； 抗蠕变性能好；蓄热室用耐火材料当热风温度低于900 时，高温部位衬砖和格子砖砌体上层用高铝砖，其余均用高级粘土砖；风温为9001100 时，高温部位衬砖和格子砖则选用高铝砖、莫来石砖或硅线石砖，其余部位用高铝砖和高级粘土砖；风温高于1100 时，其高温部位必须选用低蠕

9、变高铝砖、莫来石和硅砖。燃烧室用耐火材料燃烧室用耐火材料与蓄热室用的基本相同，也有用莫来石或者莫来石砖配用硅砖砌筑的；燃烧器的空气、煤气通道一般用粘土砖和高铝砖砌筑，其上部带辐射孔（喷嘴）的部位可用莫来石砖或莫来石刚玉砖砌筑，使用寿命24年。该部位采用高铝质耐火浇注料预制带喷嘴口的部件其损毁原因主要是高温、温度变化形成的热应力和粉尘的化学侵蚀等因素所致。热风炉耐火砖损毁的几种形式：1、拱顶外侧砌砖逢因膨胀而开裂，内侧砖产生应力集中，因而使高温下易收缩和蠕变的耐火材料变形，使砖砌拱顶下陷，砌砖脱落；当炉温很高而拱顶耐火材料的耐火度很低时，还可能造成拱顶砖熔融;2、炉墙和隔墙随热风炉的大型化和高温

10、化使承重负荷和热负荷增大，易导致耐火材料收缩和蠕变变形、倾斜和倒塌（包括蓄热室中上部的格子砖）；3、蓄热室上、中部格子砖长期在含铁、锰、钙、镁、锌等氧化物和碱蒸汽的炽热气体侵蚀作用下，更易软化，甚至还因此熔结并将格子砖的通气孔堵塞。第三节焦炉用耐火材料焦炉是获得焦炭及炼焦化学副产品的热工设备碳化室用耐火材料碳化室是由炉墙、炉底、炉顶和炉门组成。碳化室工作室工作是周期性的，装煤时炉墙表面温度降至500600 ，结焦末期炉墙表面温度又升至10001100 。温度的大幅波动，使砌体产生热应力，导致砌体出现裂纹、组织松散、强度降低，还受到煤料成焦时的膨胀压力，致使墙面鼓胀和凹陷等。装煤和推焦时，炉墙和

11、炉底经常受到强烈的机械磨损和撞击，另外，炉墙还承受化学侵蚀和碳素沉积的作用。碳化室墙、底用硅砖砌筑。焦炉，尤其现代化大型焦炉对硅砖的要求时及其严格的。首先是外观上光洁度与平整度要求很高。砖的棱角齐整、尺寸公差小。另外，硅砖为鳞石英、方石英并与残余石英及玻璃相共存的复合体，其中只有鳞石英形成结晶网络而构成坚固的骨架，使砖具有良好的高温结构强度，为此必须使石英达到充分转化，促使砖中大量鳞石英的形成。工业发达国家所生产的硅砖真密度一般为：2.312.32g/cm3控制硅砖中残存石英含量使残余膨胀几乎为零现代大型焦炉碳化室墙面采用致密硅砖砌筑，显气孔率控制在1617，以提高炉墙导热性，增加生产能力；炉

12、门由于经常开启，温度波动较大，朝向碳化室一侧一般采用粘土砖砌筑，也可用堇青石砖和不定形耐火材料，耐火材料与外壳之间充填隔热材料. 碳化室靠炉门的墙，也称炉头，处于温度波动大的区域，因此多用粘土砖、高铝砖、硅线石砖和红柱石砖砌筑。炉头和炉门损坏时一般用砖补砌，或用耐火可塑料及浇注料修补，较好的修补方法为火焰喷补法。燃烧室用耐火材料燃烧室由炉墙、炉底和炉顶组成。炉墙与碳化室共用，需砌筑严密，不得有气体串通，该侧面主要受高温、煤中所含盐类和燃气的作用。炉底与斜道上的空气和煤气道相通。燃烧室工作层用硅砖砌筑，其技术要求与碳化室用砖相同。焦炉硅砖介绍 以鳞石英为主晶相用于砌筑炼焦炉的硅质制品。现代焦炉是

13、由成千种砖形，上万吨耐火材料砌筑的庞大热工设备。硅砖是其砌体的主要材料，构成了焦炉的基本部分：蓄热室、斜道、燃烧室、碳化室、炉顶等，占耐火砖总量的6070。焦炉的一个炉役约2030年，有的高达45年。焦炉硅砖的质量好坏直接影响到炉役的长短。焦炉硅砖性能要求：1、荷重软化温度高；焦炉硅砖在高温下能承受炉顶上装煤车的动负荷，并可在长期使用中不变形。2、热导率高；焦炭是用焦煤在碳化室中靠燃烧室的热传导加热而炼成的，所以，砌筑燃烧室的硅砖应该有较高的热导率。3、高温时有良好的热震稳定性能；由于焦炉周期性的装煤、出焦，引起燃烧室墙两侧硅砖的温度急剧变化。正常操作的温度波动范围内不会引起硅砖的严重裂纹和剥

14、落，因为在600以上，焦炉硅砖具有良好的抗热震性能。4、体积稳定性 晶型转化良好的硅砖中，残存石英不大于1，加热时的膨胀集中在600 以前，之后膨胀显著趋缓。在焦炉正常操作时，温度不会降至600 以下，砌体的变化也不会大，可长期保持砌体的稳定和严密性。焦炉硅砖的矿物组成 真密度为2.35g/cm3的硅砖，其矿物组成为：鳞石英6070，方石英1525，残存石英35，玻璃相及其它10。焦炉硅砖残存石英少，鳞石英多，可以减轻烘炉时的膨胀和在使用过程中由于残存石英的转化而产生的膨胀。新砌焦炉烘炉的温度时间升温曲线应合理制定，尤其是在600 前膨胀较激烈的阶段应严格控制。第四节混铁炉用耐火材料混铁炉是炼

15、钢厂储存铁水、保持和均化铁水温度及其成分的热工设备，有时也用于脱出铁水中的杂质成分。混铁炉一般用煤气作燃料，操作温度为15001550。混铁炉炉体的厚度一般为600800mm。靠炉壳铺1020mm厚的石棉板、耐火纤维毡或硅钙板，再砌筑厚度为113230mm的粘土质隔热砖或漂珠砖作永久层。碱性混铁炉内衬的工作层通常用普通镁砖砌筑，有些部位用镁铝砖、镁铬砖和高铝砖。兑铁水口处，开始采用含碳化硅的材料。有的钢厂已在混铁炉内采用整体浇注工艺（预制件）。混铁炉内衬经常承受铁水冲刷、熔渣侵蚀、温度变化和动负荷振动等作用，较易损毁。特别是渣线区、出铁口、装铁水口等部位更是薄弱环节，在一个炉役中，该处内衬需要

16、经常维修。如果在混铁炉内脱除铁水中的杂质，将严重影响炉体内衬的寿命。第五节铁水预处理用耐火材料砌筑铁水预处理容器使用的耐火材料。铁水预处理是铁水在进入炼钢炉冶炼前，为除去某些有害成分或回收某种有益成分的处理过程。预处理对耐火材料的损毁 铁水预处理技术实质是首先在出铁沟脱硅，然后在同一容器中进行脱硅、脱磷和脱硫处理。铁水预处理可分为铁流搅拌法、机械搅拌法、气体搅拌法等。脱硅处理主要采用氧化铁系处理剂；脱磷处理主要采用石灰系（CaO-CaF2-FeO）或苏打系（Na2CO3）处理剂；脱硫主要采用石灰系（CaO-CaF2或CaF2）处理剂。这些处理剂对耐火材料具有强烈的侵蚀作用，特别是苏打灰的主要成

17、分为Na2CO3，除强烈的侵蚀耐火材料外，还能使含石墨的耐火制品受到严重氧化。石灰系处理剂中包括萤石，其中的CaF2易于分解，有较强的腐蚀性，使砖中的骨料受到侵蚀。铁水预处理过程中炉渣由酸性变为碱性，倒入铁水时承受高温和热震，在运输和装卸铁水时发生冲刷和振动等，这些因素均能加剧耐火材料的损毁。因此，要求耐火材料具有较好的抗渣性能、抗冲刷和抗热震的能力。出铁沟用耐火材料铁水通常在出铁沟中首先脱硅，以粉状铁鳞作处理剂，将其喷入铁水中，可使硅含量脱到小于0.15%，使用Al2O3-SiC-C质浇注料作出铁沟内衬，由于其中的SiC和C被氧化，使内衬损毁加剧，使用寿命不长。改用Al2O3-MgO质浇注料

18、作内衬后，延缓了炉渣渗透，铁沟寿命有所延长盛装和运送铁水设备用耐火材料盛装和运送铁水的设备，有敞开式铁水罐（铁水包）和鱼雷式铁水罐（鱼雷罐）两种。工作环境 高温热冲击机械磨损铁的化学侵蚀渣的侵蚀内衬耐火材料的选择 抗侵蚀高强度热震稳定性好国内，不进行脱硫、脱硅及脱磷处理的铁水罐 粘土砖 高铝砖 Al2O3-SiC-C不烧砖（渣线）进行铁水预处理的铁水罐在敞口式铁水罐中进行脱磷和脱硫。脱磷处理剂为石灰、萤石和铁鳞。80的石灰通过浸入式喷枪喷入铁水内，其余的石灰萤石和铁鳞均从上部加入。通常采用高铝砖或红柱石砖砌筑此种铁水罐，高铝砖对C/S大于0.9的渣抗侵蚀性强，对C/S之比为0.5的渣，两种砖不

19、相上下，但多因剥落而损毁。由于罐衬长时间与铁水接触，要求砖的组织结构致密、性能稳定，并在使用过程中略有膨胀。当铝硅系耐火材料在铁水预处理铁水罐中的使用已不能满足要求时:Al2O3-SiC-C砖Al2O3-SiC砖MgO-C砖Al2O3-MgO-C砖脱硫喷枪用耐火材料插入混铁车(铁水罐)内进行作业，要求： 耐高温 耐侵蚀 耐剥落性能好鱼雷罐车用耐火材料 鱼雷罐车内存储铁水的时间较长，加之喷粉等处理工艺导致内衬容易损坏。所以要求内衬材料应有较高的质量： 耐渣侵蚀 耐熔损 耐冲刷 热震稳定性好混铁车内衬损坏的原因及对策 罐口1、温度周期性的变化，局部产生热应力，内衬材料剥落损坏；2、受铁水和倒铁水过

20、程中，铁水和熔渣的化学侵蚀和冲刷；3、多次使用过程中，罐口结渣。清渣过程的机械冲击和损坏渣线 高温下的化学反应、低熔相和变质层的形成，造成耐火材料的熔损和结构剥落；冲击区（受铁水部位） 受铁水冲击造成的机械磨损和损伤；温度剧变造成的热应力损伤；其它部位 铁水的熔损，温度变化造成的热应力，脱硫喷粉过程铁水的剧烈搅动、烟尘的冲刷等；在鱼雷罐车中用碳化钙氧化钙或镁粉石灰等脱硫剂进行脱硫操作，所形成的大量碱度大于2的高碱度渣对传统的粘土砖和高铝砖侵蚀十分严重。目前广泛使用的是Al2O3-SiC-C砖作为鱼雷罐车的工作内衬，欧洲一些钢厂仍然在使用高铝砖作为工作内衬，同时定期对工作衬进行喷补维护,（喷补图

21、），这种维护模式大大延长了鱼雷罐内衬的服务寿命，较传统方式提高了一倍以上。电炉用耐火材料炉顶 外部：水冷屏内部：高铝预制件侧墙 外部：水冷屏内部：镁碳砖炉底 镁质捣打料 出钢槽 镁碳质或镁质捣打料第六节转炉用耐火材料砌筑炼钢转炉使用的耐火材料。转炉是一种主要以液态为原料进行炼钢的直立式圆筒形窑炉。根据气体吹入炉内的部位，分为底吹、顶吹、侧吹和顶底复合吹炼转炉一般情况下，转炉出钢温度为1650左右，如果炉后有吹氩工序、RH真空脱气及长时间浇注等要求，出钢温度往往会较高，特别是冶炼一些特殊钢种时，出钢温度可以达到1720 1750 。温度的升高对耐火材料的损毁程度加剧。各部位炉衬的工作条件和所用耐

22、火材料由于转炉各部位工作条件的差异和操作因素的影响，炉衬侵蚀速度极不均匀，导致两侧耳轴、渣线、炉帽、出钢口等部位过早损坏，其余部位虽然基本上完好，但是整个炉衬无法继续使用。根据炉衬各部位的损毁特点，选用不同等级和质量的衬砖进行综合砌炉，使损毁达到基本均衡。目前转炉使用的衬砖主要有焦油白云石砖、镁白云石砖和镁碳砖，我国转炉主要使用镁碳砖作为炉衬材料。镁碳砖的使用情况及对材质的要求 在冶炼过程中，因转炉各部位的使用条件和损毁情况各不相同。为达到均衡蚀损，对于不同使用条件的转炉各部位，所选用的镁碳砖的牌号及质量也不同。炉口、炉帽部位温度变化剧烈，受渣蚀较严重，应选用抗热震性强的镁碳砖。耳轴两侧除受吹

23、炼时损毁作用外，表面无保护渣层覆盖，不易修补，砖中碳易氧化。应砌筑抗渣性优良、抗氧化性能好的优质镁碳砖。渣线部位与熔渣长期接触，受渣蚀严重，需要砌筑具有优良抗渣性的镁碳砖。装料侧，吹氧时炉渣和钢水及装入废钢和铁水的直接撞击和冲蚀。应选用具有抗渣性强、高温强度高、抗热震性好的镁碳砖。炉缸、炉底与其它部位相比侵蚀较轻，可选用普通镁碳砖，采用顶底复合吹炼技术时，尤其是底吹CO2、O2等气体时，损毁更为严重。应选用抗氧化性好、抗热震性好、高温强度高、抗渣性强的高级镁碳砖。依转炉使用不同部位，选用相应性能的镁碳砖是提高转炉技术经济指标的有效方法。出钢口砖 出钢口受钢水冲击、炉渣侵蚀、空气和炉渣的氧化作用

24、及温度剧烈变化等综合因素的影响而损毁严重。提高出钢口质量的途径是采用优质原料并添加特殊抗氧化剂的镁碳砖，并采用等静压成型以增加制品的致密度与均匀度。供气元件 也称透气砖，设在炉底，目的是使惰性气体（氩气、氮气）均与地从炉底通入熔池。它是顶底复合吹炼转炉的关键制品。透气砖分为弥散型、夹缝型及直通孔型等，有的采用上述三种的复合型结构。目前转炉一般使用直通孔型的透气砖为多。复合吹炼过程中，供气元件承受钢水和炉渣的化学侵蚀和强烈搅拌作用，频繁的温度聚变，以及供气的氧化作用，其工作条件及其苛刻，要求透气砖具有耐高温、耐侵蚀、抗冲刷、抗剥落和抗氧化性强的能力。从冶炼的角度，要求透气砖能通过所需容量的气体，

25、产生的气泡细小且分布均与，使用安全可靠，其寿命要求与炉龄同步或基本同步。挡渣球(挡渣帽) 在转炉出钢过程中，将挡渣球加入炉内出钢口处，可以防止大量炉渣流入钢包中而产生的钢水回磷、降低钢中非金属夹杂物，改善钢水质量，提高合金收得率和钢包吹氩效果。原理：挡渣球的比重介于钢水和炉渣之间，这样挡渣球可以浮在钢水上面，而沉在炉渣下面。当钢水出完后，挡渣球即可堵住出钢口，从而起到挡渣的作用。挡渣操作：当钢至1/22/3时，将挡渣球挂在投入杆上，然后伸入炉内至出钢口上方，下降投入杆，悬挂挡渣球的铁丝被熔断，挡渣球落入炉内；也有钢厂利用溜槽来进行操作；挡渣球的制作 挡渣球模具内放入一个铁芯，然后在圆形空心球中

26、浇注不定形耐火材料(一般采用高铝质浇注料)，经过计算和现场试验，挡渣球的比重控制在4.5g/cm3左右。一些冶炼操作对炉衬寿命的影响 冶炼钢种的影响 低碳钢和超低碳钢对炉衬砖的损毁较大。 冶炼周期和再吹率的影响 冶炼周期长意味着钢水在炉内停留的时间长；再吹率高意味着倒炉过程中，钢水对前大面炉衬的损毁加剧； 出钢温度 温度每升高10 ，侵蚀速度增加0.20.3mm/炉；出钢温度上升30，炉衬损耗速率约提高1倍； 渣组成 渣中的全铁含量越高，耐火材料的熔损越快；资料介绍，如果渣中的TFe量增加1%，炉衬寿命降低18.6次；提高MgO含量，有利于提高炉衬寿命；根据渣中MgO的饱和量研究，合理控制渣中

27、MgO的含量。 转炉的作业情况 高作业率会降低对材料急冷急热的影响，降低炉衬剥落和崩裂的可能性； 炉衬维护水平的高低炉衬损毁原因1）炉渣及钢水在高温下的侵蚀；2）炉内温度变化以及局部过热导致炉衬胀缩不一致，产生应力，发生剥落现象；3）加入废钢、铁水过程及熔池搅拌引起机械磨损，加上由于炉渣及钢水的化学侵蚀使炉衬强度降低而加剧磨损；4）对镁碳砖而言，由于氧化性炉渣，高温氧化气氛及MgO在高温下气化等因素的影响，使镁碳砖严重脱碳，是损毁的重要原因。炉衬损毁的程度与冶炼钢种、操作及维护情况有关。总的来说，渣线附近及出钢口的下部损毁剧烈，顶底复合吹炼条件下由于钢水剧烈搅动，熔池损毁也较严重。使用结果表明

28、：工作面的基质成分与熔渣反应，形成了熔化层(反应层)，接着为脱碳层，再往内为原砖层。不同材质炉衬的损毁分析焦油结合的白云石砖的熔化层中形成C2F、MF等低熔点相。使砖发生连续性熔损，其损毁速度取决于脱碳层形成的快慢。镁白云石砖含有适量的MgO和CaO，其损毁状况以熔损为主，较少发生结构剥落。镁碳砖的损毁主要是熔渣中的FeO和空气中的氧使石墨氧化，衬砖热面的碳部分逸出以及一部分碳溶解于钢水中或被砖中的MgO氧化形成薄的脱碳层；熔渣渗入砖脱碳层的气孔中，并与镁砂发生反应形成低熔点氧化物；变质弱化的表面层被搅动的熔渣和钢水冲刷而脱落。炉衬的维护 在转炉的正常冶炼过程中，炉衬的某些部位必须实行热态修补

29、，否则会因该部位的过早损坏而被迫停炉。通常的热补方法有：投补，贴补和喷补。第七节炉外精练用耐火材料砌筑各种炉外精练装置使用的耐火材料。将炼钢炉中经过初炼的钢液倒入另外一个容器中(有的直接在钢包中处理)，在真空、惰性气体或还原性气氛下进行脱气、脱氧、脱硫、去除夹杂并进行成分微调的过程称为炉外精练或二次炼钢。炉外精练技术对推动洁净钢的生产起着重要措施，是与连铸配套，保证连铸顺和氩氧脱碳等装置用耐火材料。一、真空脱气用利进行的重要手段。炉外精练用耐火材料包括真空脱气，钢包精练，喷粉耐火材料RH真空循环脱气装置由配有上升管和下降管的真空室和排气系统组成。RH真空处理炉的冶金特性为真空状态下的钢水循环脱

30、气，真空处理为间歇式作业，处理频率为1520h/d。钢水温度随处理过称而自然降温，平均自1605下降至1575左右，常用驱动气体是氩气或氮气，钢水循环速度为8085t/min。RH真空处理炉内衬耐火材料的要求 真空下良好的体积稳定性 高的高温强度，耐钢水的高速冲刷 优良的抗渣侵蚀性 良好的热震稳定性能RH装置在高温与真空条件下工作，真空室的中、下部内衬经受钢液的喷溅和冲刷，损毁较为严重。上升管和下降管的内避承受高速气流和钢液的冲刷，外壁册受熔渣侵蚀和温度聚变的影响，容易发生剥落，并且在清渣过程中还遭受机械损伤，为该装置的最薄弱环节。RH真空处理炉内衬用耐火材料1、直接结合镁铬砖以高纯镁砂和优质

31、铬矿为原料，高压成型并在高温下烧成而得，在砖中方镁石与方镁石、方镁石与尖晶石之间形成直接结合。良好的体积稳定性，抗渣性好，高温强度高，对热冲击抵抗能力较强。可作为内衬工作层使用2、预合成直接结合镁铬砖原料经过预合成，然后在高压成型、高温烧成而得。具有良好的抗热震稳定性能和较强的抗渣侵蚀性能在RH炉下部槽侧壁渣线部位使用效果较好。真空室下部寿命为60190次，真空室中、上部寿命达到1400次以上，升降管寿命为30120次，每吨钢耐火材料的消耗量已低于1kg的水平。含铬耐火材料对环境会造成危害，已引起人们的关注，欧洲已开始限制含铬材料的使用。二、钢包精练装置用耐火材料钢包精炼法在炉外精练中的范围不

32、断扩大，重要性日益提高。电弧加热电磁搅拌精练法（ASEA-SKF）、真空氧气脱碳法（VOD）、真空氩气脱碳法（VAD）及埋弧钢包炉法（LF）等均属于此类 ASEA-SKF精练法的设备由钢包炉炉体、感应搅拌装置、真空密封炉盖、电弧加热系统、加料系统及吹氧系统等构成。钢包衬一般采用含Al2O370以上的高铝砖及白云石砖。渣线部位蚀损严重，各国根据自己的条件，采用直接结合镁铬砖、再结合镁铬砖、镁白云石砖及镁碳砖。渣线寿命为1530次，包衬寿命为3080次，具体寿命视钢包大小和处理时间而异。VOD精练装置是将氧枪经真空盖插入吹氧脱碳，同时吹氩搅拌，用于精练碳含量极低的高铬和高镊合金钢。所用耐火材料有烧

33、成镁铬砖或白云石砖，也有使用锆铝铬砖的。三、喷粉装置用耐火材料钢包喷粉法是利用氩气或氮气作为载体，用喷枪将硅钙粉或碳化物粉吹至钢包深处进行进行深度脱硫并控制夹杂物形成的精练方法。喷粉钢包的衬砖采用高铝砖及白云石砖，渣线处采用镁碳砖或锆质砖。喷枪为喷射冶金的关键设备，要求耐火材料应具有良好的耐高温、抗侵蚀及抗热震性能。多数国家采用钢纤维强化的整体式喷枪，材质为高铝质或刚玉质。四、脱氧脱碳装置用耐火材料AOD氩氧脱碳炉主要用于冶炼不锈钢，上世纪90年代以来扩大用于碳钢和低合金钢的生产。在靠近炉底的半园周侧壁上分布有25个气体喷嘴，采用氩、氧和氮的混合气体或纯氩气进行吹炼。由于气体搅拌钢液产生涡流现

34、象，造成钢液和熔渣的剧烈搅动，熔池衬砖受到严重的冲刷和侵蚀，另外还受到高温、强碱性熔渣的影响，使用条件十分苛刻，炉衬毁损严重。因此应使用直接结合镁铬砖或再结合镁铬砖砌筑炉衬，其使用寿命大大得以提高。项目适用钢种内衬材质真空循环脱气法RH优质碳钢、低合金钢轴承钢、硅钢镁铬砖、高铝砖镁碳砖钢包喷粉法SL高洁净度钢白云石砖、镁碳砖高铝砖，镁铬砖真空氧气脱碳法VOD各类不锈钢镁铬砖、镁白云石砖高铝砖电磁搅拌真空脱气法 ASEA-SKF不锈钢、高速钢高合金工具钢镁铬砖、镁碳砖白云石砖、高铝砖氩氧脱碳法AOD各类不锈钢镁铬砖、白云石砖第八节 连续铸钢用耐火材料主要包括盛钢桶、中间包以及与之配套的整体塞棒、

35、滑动水口、长水口、浸入式水口、定径水口等用耐火材料。连铸用功能耐火材料包括整体塞棒、滑动水口、长水口、浸入式水口、定径水口等其特点是材质优异，形状复杂，尺寸精确，性能优良及制造工艺先进，为耐火材料行业中技术最密集的环节之一。一、盛钢桶用耐火材料盛钢桶内衬有永久衬和工作衬之分。根据盛钢桶容量和各部位使用条件来选用内衬材质及其厚度。盛钢桶内衬两次大修重砌间工作衬的使用次数称为盛钢桶寿命，也称包龄。工作衬直接接触钢水和熔渣，因间歇操作，温度变化较大，同时承受热冲击和侵蚀的作用，因此内衬容易产生裂纹甚至剥落，特别是桶底和渣线部位损毁严重。当清理桶内残钢和残渣时，工作衬受到机械性损伤，也影响包龄。工作衬

36、寿命还与衬砖材质、砌筑质量、钢水温度和成分、钢水在包内的停留时间、渣量及其碱度有关。当与连铸配合使用时，钢水温度更高、停留时间更长，将明显降低盛钢桶工作衬的使用寿命。在盛钢桶内进行二次精练，即完成脱气、排除夹杂、调整成分和温度等工序，其桶衬工作条件苛刻，极易损毁。因而盛钢桶工作衬的材质是不断发展的。上世纪70年代之前，工作衬一般采用Al2O3大于40大粘土砖、半硅砖和腊石砖等砌筑，当采用沥青浸渍工艺处理时，能提高其抗渣性、抗热震性和高温强度，并降低其气孔率，包龄有明显的提高；进入70年代以后，开始采用整体内衬，由于施工效率高，解决了盛钢桶周转不够的难题。其寿命比以前提高了23倍；高铝砖为何不再

37、作为包壁耐火材料？高铝砖在间歇操作过程中会产生收缩； 结构剥落； 粘渣、结壳、“鼓包”；导致钢包容积缩小。在盛钢桶上也用过铝镁质耐火捣打料工作衬，整体性好，强度高，不剥落，但施工较困难，劳动强度大。随后开发了铝镁质耐火浇注料，采用浇注施工时，施工速度快，劳动强度低，但是拆包困难，需要专门设备。开发出的铝镁碳质不烧砖因其适应性强、砌筑方便和易拆包是较为成功的一种产品，至今依然在广泛使用。（整体性能较好，接缝严实，不易粘渣和渗冷钢，保龄较长，包衬解体方便；但使用中导热较快，残余膨胀较大；）盛钢桶工作衬包括包壁和渣线，上述讨论的是包壁工作衬用耐火材料。渣线部位使用较为成功的是镁碳砖.目前绝大多数的钢

38、包渣线（除特殊要求）都使用镁碳砖作为盛钢桶渣线用耐火材料。为适应多炉连铸和二次精炼的需要，国内外也有采用白云石碳砖、镁钙碳砖等材料作为工作衬，效果良好。钢包低吹氩透气砖 包底吹氩是钢包精炼的重要手段之一，其目的在于：通过吹氩搅拌时钢液成分和温度均匀，并促进夹杂物上浮，净化钢液。要求：透气量适宜、吹成率高、使用寿命满足要求. 透气砖的透气方式(构造)直通孔式弥散式夹缝式混合方式提高钢包包龄和降低耐火材料消耗的措施严格砌筑、烘烤及使用基准 砖缝错开、泥浆饱满，所有砖缝要小于2mm；最高烘烤温度达1200；新包(全修包)烘烤30h，小修包8h，中修包10h；包底砖残厚小于100mm，包壁砖残厚小于6

39、0mm时停用；钢包采取预热和隔热措施 使用前必须将钢包预热到10001200以上，并加速钢包周转，应可能使用“红包”。另外，可在钢包上加保温盖，使钢包散热减少。采用在线维护方法 均衡各部位使用寿命，延长包衬耐火材料使用寿命，利用合适设备进行喷补作业，可做到省时、省力。开发新品种和向不定形化耐火材料发展 整体浇注 预制件二、中间包用耐火材料中间包也称为中间罐、中间盛钢桶或钢液分配槽，是连续铸钢系统中使用耐火材料最多的热工设备。中间包的永久衬从粘土转发展到不同材质的不定形耐火材料，除了采用半硅砖、粘土砖、高铝砖、锆英石砖及镁铬砖作为工作衬外，上世纪70年代处开始采用高铝砖、镁质、镁铬质涂抹料或喷涂

40、料。为了节约能源，上世纪70年代末期开始采用绝热板以代替涂抹料或喷涂料，绝热板材质从硅质发展到镁质，以满足优质钢冶炼的要求。中间包内衬耐火材料不污染钢水，有优良的抗钢水及熔渣的侵蚀性；涂料作业性能好，在热态下容易快速涂抹，并达到一定厚度；能在快速干燥、烘烤和使用过程中不爆裂、不剥落；解体性能好，易于翻包清理；中包永久层：高铝质浇注料 工作层：镁质、镁钙质涂料、干式料 中包盖：带有钢纤维的高铝质浇注料 其它：高铝质挡渣堰，冲击区刚玉砖、铝碳化硅砖等；中包工作衬材料 有三种类型。镁质涂料、镁钙质涂料和镁质干式捣打料。镁质涂料又分二种，一是普通型，主要原料92烧结镁砂，二是高连浇镁质涂料，主要原料为

41、电熔97或98镁砂。后者主要是炼高洁净钢，不锈钢等特种钢，如宝钢。太钢，上一钢不锈钢分厂等。前者原料中的杂质污染钢水。使用后者目的就是为了解决污染钢水的问题，而不是从寿命上来考量镁质涂料的主要要求是：一是涂抹性要好。手涂或喷投时涂抹料不往下流淌或下塌；二是解体性要好。一个周期后中包翻空，涂料干净利落脱离。不粘包，中包涂料不能与中包本体烧结。此两者使用厂家及生产厂家双方都特别重视！镁钙质涂料 加有20-50%的石灰石。炼洁净钢，高纯钢等特殊钢种。利用石灰石分解产生的活性钙吸附钢水中的杂质。特点是强度低，寿命不高。镁质干式捣打料 配方上与普通镁质涂料相当，固体粉状树脂作结合剂，在胎模内捣打成型，烘

42、干产生强度后脱去外模。透气上水口为了防止钢水中脱氧产物等夹杂在流钢通道中沉积，在整个连铸钢流过程中都采用了吹氩措施。关于中包上水囗 中包上水囗目前主要有两种材质，电熔（锆）莫来石-刚玉质和铝锆碳质。电熔锆莫来石-刚玉质。骨料为锆莫来石，细粉为白刚玉；振动加压成型，1300轻烧，透气型。透气又分两种：一是等径透气弥散型；一是缝隙透气型，目前大多为前者。特点是透气防堵，不污染钢水，缺点是不耐冲刷、熔损。铝锆碳质上水囗主要原料为刚玉，石墨（10-20%），ZrO2（10-20%）。等静压成型。特点为耐冲刷、熔损，寿命强如前者，但成本高，污染钢水。中间包滑板砖3层式滑板，由上、中、下三块滑板砖组成，以

43、抽动中滑板改变内孔面积来控制钢流大小。为防止脱氧产物在滑板孔内沉积，在上滑板内孔镶有刚玉质透气环，氩气通过砖体旁侧小孔进入，再通过透气环分散形成微细气泡。垫圈和垫片连铸钢包在换包时，为保证钢包下水口与长水口(保护管)连接处的密封性，每次在长水口接口处安放垫圈。它是一种耐火纤维材料，在更换钢包时起到缓冲和密封作用，同时必须易于清理，以便顺利更换垫圈。中间包耐火材料的损毁原因包括温度的剧变导致崩裂、钢液的冲刷及钢水与渣的侵蚀、中间包的调运过程中的机械损伤等。为了扩大中间包的功能，强化净化钢液的效果，在中间包的隔墙上安装有能去除夹杂物的陶瓷过滤器，过滤器有泡沫式、网格式等，所选用的材质主要有CaO质

44、、ZrO2质、Al2O3质或ZrO2Al2O3质等。其净化机理为钢液通过过滤器的微孔时，其中夹带的微小非金属夹杂物如S、P、SiO2、Al2O3等由于化学和物理作用被微孔所吸附，其反应产物浮至钢液面的保护渣内，使钢液净化。同时，过滤后的钢液能减少水口结瘤和堵塞，既保证连铸顺利运行，又提高铸坯质量。中间包冲击砖钢液从长水口注入中间包的位置砌筑有耐钢液冲击的耐火材料，材质为莫来石刚玉砖、电熔莫来石砖等。三、整体塞棒 塞棒安装在中间包浸入式水口的上方，铸钢（浇钢）时起开闭钢流和调节铸钢速度的作用，还兼有从头部吹入氩气等惰性气体的功能。对整体塞棒耐火材料的要求是具有良好的抗钢流侵蚀性与抗热震性，高温抗

45、折强度要求高。整体塞棒由铝碳质材料配制而成经等静压成型，其成品的端部还需要经过再精整工艺处理。当浇铸特殊钢时，其端部常常用高档材质如ZrO2C或MgOC复合材料等，为了避免烘烤时材料表面脱碳，往往在其表面还涂抹防氧化涂层四、长水口用耐火材料为避免钢水从盛钢桶注入中间包过程中的二次氧化和吸氮，盛钢桶集流式水口的下端安装有长水口。对长水口主要要求是良好的抗热震性能，并能采取吹氩保护措施。常用的材质为熔融石英及铝碳质两种 前者因热膨胀小，无须预热可直接浇铸，但冷至1000以下时会出现裂纹，铝碳质长水口的渣线部位常采用耐侵蚀性强的锆碳质材料，使用效果良好。涂抗氧化釉可改善其抗氧化性，采用钢纤维，甚至碳

46、纤维增强，可明显降低裂纹生成的敏感性，使用于多炉连铸工艺。五、浸入式水口用耐火材料浸入式水口设置在中间包和结晶器之间，用以保护钢液不被氧化和飞溅。浸入式水口应具有良好的抗热震性及外部渣线部位抗侵蚀性能并能防止脱氧产物氧化铝在内壁上的沉积造成堵塞。保护渣对浸入式水口外表的侵蚀是影响使用寿命的关键，采用烧结的氧化锆或氧化锆碳渣线渣线套可保护铝碳质主体不受保护渣的侵蚀。六、定径水口用耐火材料定径水口用于小方坯的浇铸，要求口径处耐冲蚀。定径水口一般采用锆英石或氧化锆制造，其中ZrO2含量为6095，也有用锆英石石墨制造。为保证热震稳定性能，采用薄壁结构的镶嵌衬套在水口本体中以降低热应力。20世纪90年

47、代以来国际上已普遍采用具有高致密的ZrO2镶衬的复合式定径水口。第九章 加热炉用耐火材料加热炉，即热处理炉，在钢铁领域，按用途有轧钢用加热炉，锻造用加热炉等。对于间歇操作的加热炉，有室状炉、车底炉、罩式炉、井式炉、流动离子炉、马弗炉等。对于连续操作的加热炉，有直通（推杆）式炉、辊底炉、步进炉、链带炉等。热处理温度不高，加热炉一般使用温度不超过1300C。炉衬一般用氧化铝含量为3675%的铝硅系耐火材料。初轧厂的均热炉 热轧厂的加热炉 冷轧厂的罩式退火炉1、均热炉均热炉是轧钢厂用加热炉之一。由炉盖、炉墙、炉底和换热装置等部分组成。 均热炉作用 脱模后的热钢锭或冷钢锭垂直放在炉坑中，上加炉盖，将钢

48、锭加热至轧制温度的工业炉。作用：在初轧前把钢锭加热或保温一定时间，通过热扩散使钢锭内部温度均匀而适于金属塑性加工，以供轧钢机轧制成大、中、小型钢坯，然后轧制成各种钢材。如果是连铸坯，则可直接轧制成各种钢材，不用经过均热炉加热。 均热炉使用环境炉膛为长方体形，钢锭在炉内竖放。通常由几个炉坑组成一组,共用一套控制系统。多数使用气体燃料加热,也可用重油。均热炉是周期性工作的，其温度制度和供热制度随时间变化。均热炉主要用于均热脱模后的热钢锭，也可加热冷钢锭。均热炉种类按结构特点，均热炉可分为蓄热式、换热式（有中心供热的、四角供热的和上部双侧或单侧供热的）和电均热炉。蓄热式均热炉 炉坑两端有蓄热室，预热空气和煤气。其缺点是来回换向、温度不均匀，影响加热质量；不能适应大钢锭、大轧机的要求。 换热式均热炉 中心供热换热式均热炉，炉坑内钢锭靠墙放置，烧嘴在炉底中央，火焰垂直向上。在炉坑两侧有换热器，预热空气。其缺点是底部中心烧嘴及其围墙占用炉底面积，并易受钢锭碰撞和熔渣浸蚀；电均热炉 电热体为填充有焦炭的碳化硅槽。炉内的金属氧化率不超过0.20.3 (其他均热炉约为1)；如果使用保护气氛（加入少量煤气或重油），还可达到