耐火材料工艺学-绪论

耐火材料工艺学耐火材料工艺学ProcessesofRefractory2023/2/5材料科学与工程学院2理论课与实践课教学内容一、课程在本专业的定位与课程目标

“耐火材料工艺学”长期以来一直是本专业本科学生必修的专业主干课程之一。要求学生通过本课程的学习，掌握耐火材料的组成、结构、制备、性能、应用之间关系的基本规律，并接受耐火材料的制备、性能测试和结构分析等基本技能的实践训练，对国内外耐火材料科学研究的前沿有一定的认识，为将来在本领域从事科学研究、技术开发、生产运行、工程设计及经营管理等工作打下良好的基础。

2023/2/5材料科学与工程学院3二、知识模块顺序及对应的学时

“耐火材料工艺学”主要涉及耐火材料的化学矿物组成及生产工艺与性能、显微结构及其损毁之间的关系。Al2O3-SiO2系耐火材料和碱性耐火材料是耐火材料中两大主要部分，随着冶炼技术的进步，这部分耐火材料无论在产品结构上，还是在产品性能上都发生了较大变化。近年，洁净钢需求不断增长，炉外精炼技术大量采用，对耐火材料提出更高要求，耐火材料不但要长寿，还要不能污染钢水，甚至能净化钢水。因此，国内外开展了对非氧化物、纯氧化物材料及其复合材料和组织结构等特种耐火材料方面的研究。耐火材料的应用除大量使用在钢铁工业外，还有有色冶金工业、轻工、建材、化工、军工等。因此，本课程教学在内容和课时分配上安排如下：2023/2/5材料科学与工程学院4三、课程的重点、难点及解决办法

课程的重点主要为定型耐火材料的性能、加工及碳复合耐火材料生产工艺及其相关性能的检测教学实验，课程的难点主要为耐火材料组成、结构、性能与应用之间的关系。2023/2/5材料科学与工程学院5

耐火材料是冶金、建材、化工、机械等工业高温窑炉及物件的重要基础材料。了解它们的性能及选用合适的耐火材料对于生产控制及降低成本有重要的意义。本课程介绍常用耐火材料的基本性能，应用范围以及易懂的生产工艺与原料知识。

这门课程是从事耐火材料生产、研究、应用和贸易的人员的必修之课，其重要性不言而喻。

2023/2/5材料科学与工程学院6绪论耐火材料定义耐火材料的原料耐火材料的分类耐火材料的特点宝钢耐火材料的应用耐火材料的历史与发展2023/2/5材料科学与工程学院7一、耐火材料的定义1、传统的定义：耐火度不小于1580℃的无机非金属材料；2、ISO的定义：耐火度不小于1500℃的无机非金属材料及制品。

2023/2/5材料科学与工程学院8二、耐火材料所用原料

天然矿石原料：如耐火粘土、硅石、矾土、菱镁矿、白云石、石墨、锆英石、蓝晶石、红柱石、硅线石等。

人工合成原料：如工业氧化铝、碳化硅、氮化硅、莫来石、合成堇青石(M2A2S5)、镁铝尖晶石(MA)、ZrO2等。2023/2/5材料科学与工程学院9三、耐火材料的分类1、按化学矿物组成分

此种分类法能够很直接地表征各种耐火材料的基本组成和特性，在生产、使用、科研上是常见的分类法，具有较强的实际应用意义。2023/2/5材料科学与工程学院10（1）硅质耐火材料

含SiO2在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料，主要包括硅砖及熔融石英制品。硅砖以硅石为主要原料生产，其SiO2含量一般不低于93%，主要矿物组成为磷石英和方石英。2023/2/5材料科学与工程学院11（2）镁质耐火材料

镁质耐火材料是指以镁砂为主要原料，以方镁石为主晶相，MgO含量大于80%的碱性耐火材料。

镁质制品：MgO含量≥87%，主要矿物为方镁石；

镁铝质制品：含MgO>75%，Al2O3含量一般为7-8%，主要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（MgAl2O4）；

镁铬质制品：含MgO>60%，Cr2O3含量一般在20%以下，主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石;

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镁橄榄石质及镁硅质制品：此种镁质材料中除含有主成分MgO外，第二化学成分为SiO2。镁橄榄石砖比镁硅砖含有更多的SiO2，前者的主要矿物成分为镁橄榄石，其次为方镁石；后者的主要矿物为方镁石，其次镁橄榄石；镁钙质制品：此种镁质材料中含有一定量的CaO,主要矿物成分除方镁石外还含有一定量的硅酸二钙（2CaO•SiO2）。2023/2/5材料科学与工程学院13（3）白云石质耐火材料

以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。主要化学成分为：30-42%的MgO和40-60%的CaO，二者之和一般应大于90%。其主要矿物成分为方镁石和方钙石（氧化钙）。2023/2/5材料科学与工程学院14（4）碳复合耐火材料碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料与相应的耐火氧化物复合生产的耐火材料。

（5）含锆耐火材料含锆耐火材料是指以氧化锆（ZrO2）、锆英石等含锆材料为原料生产的耐火材料。含锆耐火材料制品通常包括锆英石制品、锆莫来石制品、锆刚玉制品等。2023/2/5材料科学与工程学院15（6）特种耐火材料特种耐火材料又可分为如下品种：碳质制品：包括碳砖和石墨制品；纯氧化物制品：包括氧化铝制品、氧化锆制品、氧化钙制品等；非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化锆、硼化钛、塞伦(Sialon）、阿伦(Alon)

制品等。2023/2/5材料科学与工程学院16

分类

类别主要化学成分主要矿物成分硅质制品硅砖石英玻璃SiO2SiO2磷石英、方石英石英玻璃硅酸铝质制品半硅砖粘土砖高铝砖SiO2、Al2O3SiO2、Al2O3SiO2、Al2O3莫来石、方石英莫来石、方石英莫来石、刚玉镁质制品镁砖（方镁石砖）镁铝砖镁铬砖镁橄榄石砖镁硅砖镁钙砖镁白云石砖镁碳砖MgOMgO、Al2O3MgO、Cr2O3MgO、SiO2MgO、SiO2MgO、CaOMgO、CaOMgO、C方镁石方镁石、镁铝尖晶石方镁石、镁铬尖晶石镁橄榄石、方镁石方镁石、镁橄榄石方镁石、硅酸二钙方镁石、氧化钙方镁石、无定形碳（或石墨）2023/2/5材料科学与工程学院17

分类

类别主要化学成分主要矿物成分白云石质制品白云石砖CaO、MgO氧化钙、方镁石铬质制品铬砖铬镁砖Cr2O3、Fe2O3Cr2O3、MgO铬铁矿镁铬尖晶石、方镁石碳质制品碳砖石墨制品碳化硅制品CCSiC无定形碳（或石墨）石墨碳化硅锆质制品锆英石砖ZrO2、SiO2锆英石特殊制品纯氧化物制品Al2O3、ZrO2、MgO、CaO刚玉、高温型ZrO2、方镁石、氧化钙碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、金属陶瓷等2023/2/5材料科学与工程学院18

通常是指其中含有相当数量二氧化硅的耐火材料。

硅质耐火材料中游离二氧化硅含量很高(大于94%)，是酸性最强的耐火材料；

粘土质耐火材料中游离二氧化硅含量较少，是弱酸性的；

半硅质耐火材料居于期间。也有将锆英石质耐火材料和碳化硅质耐火材料归入酸性耐火材料的，因为此类材料中含有较高的SiO2或在高温状态下能形成SiO2。2、按化学特性分（1）酸性耐火材料

2023/2/5材料科学与工程学院19（2）中性耐火材料

中性耐火材料按严格意义讲是指碳质耐火材料。但通常也将以三价氧化物为主体的高铝质、刚玉质、锆刚玉质、铬质耐火材料归入中性耐火材料（两性氧化物如Al2O3、Cr2O3等）。此类耐火材料在高温状况下对酸、碱性介质的化学侵蚀都具有一定的稳定性，尤其对弱酸、弱碱的侵蚀具有较好的抵抗能力。2023/2/5材料科学与工程学院20（3）碱性耐火材料

一般是指以MgO、CaO或以MgO·CaO为主要成分的耐火材料（镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、白云石质耐火制品及其不定形材料）。这类耐火材料的耐火度都比较高，对碱性介质的化学侵蚀具有较强的抵抗能力。

2023/2/5材料科学与工程学院213、根据耐火度的高低

普通耐火材料：1580～1770℃

高级耐火材料：1770～2000℃

特级耐火材料：>2000℃4、依据形状及尺寸的不同

标普型：230mm×113mm×65mm；不多于4个量尺，（尺寸比）Max:Min<4:1；

异型：不多于2个凹角，（尺寸比）

Max:Min<6:1；或有一个50～70°的锐角；

特异型：（尺寸比）Max:Min<8:1；或不多于4

个凹角；或有一个30～50°的锐角。2023/2/5材料科学与工程学院225、按成型与否分

定性耐火材料，具有一定的形状。

不定性耐火材料，也称散状耐火材料，在现场按照具体要求施工成一定形状的耐火材料。2023/2/5材料科学与工程学院23

烧成砖：经过高温烧成。

不烧砖：不经过高温烧成，仅经过干燥或热处理得到的定性耐火制品。

熔铸砖：将配好的原料通过高温熔融，然后浇铸、退火得到的定性耐火制品。6、按烧制方法分2023/2/5材料科学与工程学院24特致密制品，显气孔率低于3%；高致密制品，显气孔率为3%～10%；致密制品，显气孔率为10%～16%；烧结制品，显气孔率为16%～20%；普通制品，显气孔率为20%～30%；轻质制品，显气孔率为45%～85%；超级轻质制品，显气孔率高于85%。

7、按气孔率分（7类）2023/2/5材料科学与工程学院25四、耐火材料的特点1．耐火原料品种多；2．耐火材料的产品多；表现在配方多。3．耐火材料的寿命与使用条件关系密切。一个配方在钢铁工业和水泥工业或化学工业使用不同；另外还表现在同一种耐火材料在一个厂家使用与在另一个厂家使用的效果也不一样。2023/2/5材料科学与工程学院26五、耐火材料的历史与发展

郭沫若曾说过“自从旧石器时代以来陶瓷出现5000年历史，中国文明史即为陶瓷发展史”。陶瓷的烧制离不开耐火材料，如装瓷器用的匣钵和砌筑窑体材料。耐火材料自从19世纪开始随着钢铁工业、有色金属工业、水泥与石灰工业、玻璃工业及化工工业的发展而发展。

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据《世界金属导报》2001年11月27日报道：全世界约有2000多家耐火材料公司，年生产能力约4000万吨，全球耐火材料市场为2200～2500万吨，总价值约为1000亿美元。具体应用范围：钢铁工业占70%，水泥与石灰工业占7%，陶瓷工业占6%，玻璃工业占3～4%，石化工业占4%，有色金属工业占2～3%，其他6%。

2000年全世界范围年销售额在1亿美元以上的耐火材料公司20强中，排名第一的是奥地利的RHI公司，年销售额达16亿美元。2023/2/5材料科学与工程学院28

在发达国家：耐火材料的生产产量下降，平均价格在上升，如表1：

美国

日本

产量（万吨）

平均价格（元/吨）产量（万吨）平均价格（万日元/吨）1980年480370270102000年35065013315下降27%上涨75.7%下降51%上涨50%表1美国与日本耐火材料的生产情况2023/2/5材料科学与工程学院29我国耐火材料的发展状况

在我国，解放前耐火材料的年产量仅为7.4万吨，产品单一，只能生产粘土砖和硅砖，生产简陋，多为手工作坊式。

新中国成立后，特别大炼钢铁时代，耐火材料有了一次飞跃，各大钢厂都建立了配套的耐火厂。1957年开始第一个五年计划，投资近亿元改造了一批砖瓦厂是之成为耐火厂，改造扩建鞍钢、唐钢、大石桥等一批耐火厂，此时年产量达到101.4万吨。“二五”期间，投资近4亿元，“三五”“四五”又投资了3.6亿元建立了一批新的耐火厂；到1980年“五五”结束，年产量达到414.7万吨。国内耐火企业的发展历程2023/2/5材料科学与工程学院30

“六五”以来，以宝钢、金川有色冶金和大型合成氮化肥、大型水泥回转窑等国家重点引进工程的建设与投产，国家以耐火材料国产化为契机，投资近10亿元改造了一批耐火厂如：青岛耐火材料厂1个多亿的“连铸三大件—塞棒、长水口、侵入式水口”；上海第二耐火材料厂1.5亿左右的滑板生产线。引进国外的先进技术和设备，使我国耐火材料工业取得了前所未有的长足发展。2023/2/5材料科学与工程学院311）计划经济时代－中国耐火材料由33家重点企业扶持；

2）改革开放以后，随着钢铁工业的迅速发展，耐火材料行业快速发展起来；

2004年统计，全国有1136家耐火材料生产企业

2005年统计，全国有1359家耐火材料生产企业

2006年统计，全国有1505家耐火材料生产企业中国耐火材料工业的现状与发展

2023/2/5材料科学与工程学院32中国耐火材料产量如下表所示年份19801985199019952000200220042006产量，百万吨3.825.466.7517.559.811.0018.732.4

连铸比的提高和冶炼技术的进步导致吨钢耐火材料消耗下降；另一方面，钢产量增加；使得2002年以后中国耐火材料产量呈上升趋势。

2002年、2004年和2006年，中国粗钢产量分别为：1.8、2.8和4.1亿吨；2023/2/5材料科学与工程学院33存在的问题和今后的发展

钢铁工业的竞争日趋激烈，耐火材料生产厂家面临更大的成本压力；中国耐火材料企业的研发力量有待加强。不能仅仅作为一个加工基地；

应注意可持续发展战略。如：矿山的管理、耐火材料的回收利用、环境友好耐火材料的使用；洁净钢的生产对耐火材料提出了更高的要求，除了要求长寿以外，还要求对钢水无污染；2023/2/5材料科学与工程学院34出口情况：

耐火原料：我国已成为世界耐火原料市场的主要供应国。在出口的原料中，矾土熟料占60%；鳞片石墨占56.7%；砂占30%；

2001年1～9月：出口原料（10种）280.66万吨，同比增加5.72%，创汇2.85亿美元，平均价格：99.51美元/吨。

出口耐火制品：39.432万吨，同比增加7.19%，创汇1.44亿美元，平均价格：365.70美元/吨。

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当今耐火材料的发展，一极是不定形化，而另一极则是定形耐火材料的高级化，概括起来就是朝着高纯化、精密化、致密化和大型化。着重开发氧化物和非氧化物复合的耐火材料。

高纯化：减少了硅石、粘土、叶腊石等天然原料用量,转向烧结、电熔氧化镁、碳化硅等人工合成原料。

精密化：研制复杂和高精度形状的加工技术。致密化：采用高压成型、高温烧成的设备和技术，使高纯原料制成的制品（尤其大型制品）致密度得以保证。发展趋势：2023/2/5材料科学与工程学院36六、宝钢—耐火材料的应用

宝钢一、二期国家概算投资301.2亿元，三期为623.4亿元。一期1978.12.23～1985.9；二期1991.6投产；三期1993年开始建设，（包括一座4350m3高炉，与之配套的450m２的烧结机和4座50孔焦炉；2台250t顶底复吹转炉及2台1450mm板坯连铸机，1580mm热连轧机，1420mm冷连轧机，1550mm冷连轧机，一座150t超高功率双炉底直流电弧炉及一座相应钢包精炼炉和一台六流管坯连铸机。）1998年初投入热负荷试车，当年年产钢能力超过1000万吨；达产后年产粗钢1100万吨，产品板材931.6万吨。

1、宝钢的有关情况2023/2/5材料科学与工程学院372、炼钢工艺流程降碳、去硫磷、调硅锰2023/2/5材料科学与工程学院382023/2/5材料科学与工程学院392023/2/5材料科学与工程学院402023/2/5材料科学与工程学院413、钢铁工业使用耐火材料的情况

耐火材料和钢铁工业密不可分，从人类开始从事炼铁技术以来，人们就开始使用耐火材料。耐火材料主要应用在冶金行业，～70％；其次是用在建筑行业，～20％；其它行业～10％。2023/2/5材料科学与工程学院42１、简介焦炉是获得焦炭及炼焦化学副产品的热工设备。主要部分为碳化室。一、焦炉用耐火材料（Refractoriesforcokeoven）2023/2/5材料科学与工程学院432023/2/5材料科学与工程学院442023/2/5材料科学与工程学院45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500～600℃，结焦末期炉墙表面温度又升至1000～1100℃。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。因此，碳化室墙、底用硅砖砌筑。

２、碳化室用耐火材料2023/2/5材料科学与工程学院46

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。

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工业发达国家所生产的硅砖真密度一般为：2.31~2.32g/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16％～17％，以提高炉墙导热性，增加生产能力。2023/2/5材料科学与工程学院48

炉门由于经常开启，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。2023/2/5材料科学与工程学院49３、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。2023/2/5材料科学与工程学院50４、焦炉硅砖简介以鳞石英为主晶相的硅质制品。现代焦炉是由成千种砖形，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60～70％。焦炉的一个炉役约20～30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。2023/2/5材料科学与工程学院51

焦炉硅砖使用性能要求

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。2023/2/5材料科学与工程学院523、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。2023/2/5材料科学与工程学院53某焦炉硅砖的理化性能项目指标备注SiO2，％≥94耐火度，℃≥1690荷重软化温度，℃≥1620重烧线变化,1450℃,%≤0.2显气孔率，％22～25依使用部位而定常温耐压强度，MPa≥20碳化室墙和炉底≥30MPa热导率，W/(m•K)≥1.7参考指标2023/2/5材料科学与工程学院54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60～70％，方石英15～25％，残存石英3～5％，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。

注：

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。2023/2/5材料科学与工程学院55

是将精铁矿、粘结剂和溶剂等混合料球在炉内1300℃左右的高温氧化焙烧，将料球烧结为球团矿的设备。炉体绝热层用硅藻土砖和粘土质隔热砖，工作层用粘土砖，焙烧带以下用高铝砖。

二、烧结炉用耐火材料

(RefractoriesforSintering

furnace）

2023/2/5材料科学与工程学院56（一）熔剂性球团有有利于节能减排假如，我国炼铁炉料结构全部增加20%的熔剂性球团矿代替烧结矿，球团矿生产比烧结矿生产能耗每年可直接节约煤炭将近500万吨，相当于河北省钢铁企业烧结能耗的总量。（二）保护环境

由于球团矿料层透气性好，强度高，粉末少，故烟气含尘量少，相对烧结矿可减少排入大气的灰尘量，有利于改善环境。此外，烧结过程的烟气中SO2、NOX含量都较球团过程中的烟气含量高，主要原因是因为烧结使用固体燃料较多，固体燃料中的硫和氮是生成SO2、NOX

的来源之一。而球团矿生产是同高炉配套的，其燃料来源主要是高炉煤气。2023/2/5材料科学与工程学院57三、高炉用耐火材料（Refractoriesforblastfurnace）

１、高炉简介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。

2023/2/5材料科学与工程学院58高炉示意图高炉示意简图

2023/2/5材料科学与工程学院59高炉炉体由炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸5部分组成。炉体附设有风口、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。2023/2/5材料科学与工程学院60高炉用耐火材料损毁的原因主要是炉料机械磨损、碳素沉积、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。2023/2/5材料科学与工程学院61（1）炉喉、炉身上部及炉身中部（上段）炉喉（炉喉起保护炉衬、合理布料和限制煤气被风卷起。）承受炉料下降时的直接冲击和摩擦，极易磨损，多采用高强度的粘土砖和高密度的高铝砖砌筑，并采用铸钢板保护。炉身上部和中部（起预热、加热、还原和造渣的作用）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、高炉炉体用耐火材料2023/2/5材料科学与工程学院62（2）炉身下部、炉腰和炉腹（中段）

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身严重。炉腹部位的温度较炉腰高，其下部炉料温度约为1600～1650℃，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。2023/2/5材料科学与工程学院63工业先进国家的经验以及中国高炉的实践表明：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。其中以氮化硅结合的碳化硅制品最佳。因为氮化硅细致的纤维状结晶作为结合相，将碳化硅细粉包裹形成牢固的机械结合，因而具有较高的高温强度与较好的抗碱蚀性能，其用量已占全世界高炉用碳化硅材料的60％以上。最新开发的塞隆（Sialon）结合碳化硅制品，与氮化硅结合的制品相比，结晶较大，气孔率较低，抗氧化性能好，经抗碱试验后，高温抗折强度较佳，是高炉炉衬材料的优选。

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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。在生产过程中，炉身下部、炉腰和炉腹工作层损毁到一定程度时（炉壳发红），可采用压入料和喷涂料进行热修补。在高铝质的喷补料中加入一定比例的SiC材料进一步提高材料的耐磨性和耐侵蚀性。从上世纪60年代开始，对炉腰、炉腹、炉底进行压入修补，在衬砖和炉壳之间形成保护层，在高铝料的基础上，加入树脂为结合剂的SiC及碳素，以提高其耐侵蚀性和热导率，可延长使用寿命3～6个月，有的可长达一年。2023/2/5材料科学与工程学院653、炉缸及炉底（下段）

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1700～2000℃以上。开炉初期炉底和炉缸的耐火材料主要承受高温铁水和熔渣的机械冲刷和搅动磨蚀、铁水与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。

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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①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，②碳砖遇有水蒸气等物质时发生氧化，也是损毁的原因。2023/2/5材料科学与工程学院67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。因此，现代高炉的炉缸及炉底均设有冷却设施。2023/2/5材料科学与工程学院68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刚玉浇注件，以形成“陶瓷杯”。

新开发的微孔碳砖、半石墨砖及石墨砖与传统的加入氧化物的碳砖相比，抗渗透性、抗铁、碱及炉渣侵蚀性以及导热性能等均有明显的改进，高炉自采用全碳砖炉底和综合炉底以来，寿命可长达15～20年。已不成为影响高炉炉龄的关键环节。2023/2/5材料科学与工程学院69马钢：陶瓷杯采用的是“隔热、保温”技术,选用低导热、高荷软、抗渣铁侵蚀性能好的刚玉质预制块砌筑于炭块内侧,使℃等温线高度集中在低导热的陶瓷层内,使炭块免受高温渣铁侵蚀。2023/2/5材料科学与工程学院70高炉用碳砖及石墨砖的性能性能传统碳砖微孔碳砖加外加剂碳砖半石

墨砖石墨砖加入外加剂半石墨砖耐压强度,MPa405060251548热导率

W·(m·K)-181111195122添加剂SiSiAl2O3SiAl2O3抗碱性,%5.11.61.65.23.50.3铁中溶解度

%3.04.20.5