高炉用粘土砖及高炉各部位介绍

高炉用粘土砖

砌筑高炉内衬的粘土砖。要求Fe2O3含量低，高温、常温耐压强度高和较高的密度。其是一种常用的耐火砖。中国在20世纪50年代成功地制造出高炉粘土砖，并砌筑1000m3大型高炉上。高炉粘土砖常温耐压强度高，能够抵抗炉料常期作业磨损；在高温长期作业下体积收缩小：有利于炉衬保持整体性；显气孔率低和含量低,减少碳素在气孔中沉积使耐火砖在使用过程中膨胀疏松而损坏；低熔点物形成少，使高炉粘土砖比一般粘土砖具有优良性能。原料破碎、粉碎与泥料制备中要除铁。用混合细粉、泥浆、纸浆废液作结合剂。采用高吨位压制耐火砖砖机，成型压力大于50MPa，耐火砖的密度大于2.38g/cm3. 烧成温度1380-1400℃。高炉粘土砖用于小高炉炉衬的炉喉、炉身、炉缸和炉底。20世纪90年代大型高炉身用耐火砖以粘土砖为主，其余部位为高铝砖、碳化硅砖、碳砖所代替，高炉粘土砖使用比例逐渐减少。

高炉用耐火材料 

高炉是以焦炭还原铁矿石熔炼铁水的大型高温冶金炉。 

高炉炼铁过程是在高温下连续进行的。炉料(矿石+熔剂+焦炭)从炉顶加入，进入炉喉以后，向下运动，经过不同温度区域，随即发生矿石的还原、软化、熔融，渣铁分离等过程，炉渣和铁水分别由底部放出。由下部鼓入的高温热风(900—1300℃)进入炉内后立即与赤热的焦炭发生氧化反应，生成含CO的高温炉气，并放出大量热量来维持冶炼过程的进行。含尘高温炉气由下至上透过炉料向上运动，并与矿石发生化学反应。含有一定量的CO高炉煤气(炉气)由炉顶逸出。由此可见，高炉内每一高度的炉衬所经受的温度、压力、物理化学变化的性质和强度、工作条件苛刻程度都是不同的，炉衬损毁机理、损毁的状况也各异，耐火材料的选用也因此而明显不同。高炉炉衬的侵蚀线和损毁原因如图所示。

由图可知，高炉炉衬损毁很严重的部位是炉腰、炉腹、炉身下部及炉底。损毁的原因是多方面的，主要是渣铁的侵蚀及热负荷的作用；还有碱金属侵蚀和铅锌渗透，碳素沉积和机械磨损等。损毁过程中，温度是决定因素。机械磨损铅锌侵入沉积碱侵蚀熔融物侵蚀碳素沉积}铁水和熔渣的侵蚀图。

(1)炉喉。

炉喉为高炉的咽喉，受到固体炉料下降时的直接冲击和摩擦等物理作用，极易损毁。曾采用硬度高和密度大的高铝砖砌筑，但不耐久。因此，目前都采用耐磨铸钢护板保护。

(2)炉身。

炉身可分为上、中、下三带。从上至下炉料由300—400℃逐渐被加热至1250—1300℃，物料在下降过程中发生一系列的物理化学变化。炉身上部和中部温度为400—700℃，熔渣尚未形成，没有渣蚀情况发生。炉衬主要受到下降炉料和上升含尘气流的磨损和冲蚀；部分CO在砖缝、裂纹、气孔中分解产生碳素沉积，引起衬砖龟裂、变质、组织疏松，导致剥落损毁。有的还受到锌蒸气、铅蒸气向砖内渗透，以ZnO?PbO形式沉积，并进一步与耐火砖发生化学反应，生成硅酸锌(2ZnO·SiO2)和硅酸铅(2PbO·Si02)，使耐火砖组织变脆、剥落。碱金属的行为类似。

炉身上部和中部由于损毁程度较轻，一般采用含游离Fe2O3量较低的高炉专用粘土耐火砖、致密粘土耐火砖、高铝砖砌筑，或由粘土质不定形耐火材料构成。

炉身下部温度较高，有大量初渣形成，炉渣与炉衬表面直接接触。炉衬在经受下降物料和含尘炉气的摩擦、冲蚀作用的同时，炉渣的化学侵蚀严重。高温下产生的碱金属蒸气与砖的化学反应也较上部和中部突出。若炉衬为硅酸铝质材料，砖内形成钾霞石(K2O·Al2O3·2SiO2)、白榴石(K20·Al2O3·4Si02)及玻璃相(K2O-SiO2)。由于这些新相的生成会产生较大的体积膨胀，破坏了砖的组织结构。强度和耐火性能明显下降，炉身下部炉衬损毁较快，而且严重。一般选用耐火性能好、抗渣性强、高温结构强度大和耐磨性好的高质量致密粘土耐火砖或高铝砖砌筑。靠近炉腰部位可采用高铝砖或用耐磨、抗渣性好、热导率高的刚玉砖、碳化硅砖或炭砖砌筑。大型高炉炉身下部主要采用高铝砖、刚玉砖、炭砖或碳化硅砖。

(3)炉腰。

炉腰是高炉宽大的部位。炉料体积膨胀至大，并开始在此形成大量的熔渣，因此，渣的化学侵蚀和碱金属蒸气的侵蚀较炉身下部严重。下降炉料和高温焦炭对炉衬表面的磨损、冲刷也很突出，高温上升气流的冲蚀作用也比炉身部分强。碱金属和碳素在砖内沉积作用仍然存在。这些因素的综合作用，使得炉腰成为高炉易损毁的薄弱部位之一。中小高炉可采用高质量致密粘土耐火砖或高铝砖或刚玉砖。大型现代高炉一般采用高铝砖或刚玉砖或碳化硅砖。有的也采用碳砖砌筑。

(4)炉腹。

炉腹位于炉腰之下。下部炉料温度可达1000—1650℃，气流的温度更高，高温作用特别强烈。由于形成了低粘度熔渣，对炉衬的化学侵蚀特别严重，熔渣和高温气流对炉壁的冲刷突出，碱金属的沉积引起炉衬的膨胀作用仍有相当大的影响。因此，炉腹是高炉炉衬损毁严重的部位。一般高炉开炉后不久就几乎全部损毁，而靠覆盖在炉腹处一层坚实的渣层来保护钢壳。因此，炉腹部位采用高铝砖(Al2O3＞70％)、刚玉砖砌筑。现代化大型高炉，普遍采用碳砖和石墨-石油焦、石墨—无烟煤等半石墨砖，外加水冷或汽化冷却，以提高使用寿命。

(5)炉缸和炉底。

炉缸是盛装铁水和炉渣的部位。炉缸上部是高炉温度高部位，靠近风口区的温度达1700—2000℃以上。炉底温度为1450—1500℃。炉缸的炉衬主要受到熔渣和铁水的化学侵蚀和冲刷以及碱侵蚀的膨胀作用。当熔渣和铁水侵入砖缝和裂纹之中，加速了炉渣的化学侵蚀和物理溶解损毁。炉底主要因为铁水渗入砖缝，使耐火砖浮起而损毁。当铁水渗入炉底碳砖后，还发生碳砖被溶解的作用。因此，高炉炉底并不实行绝热保温，而是对炉底进行强化冷却，以减缓对碳砖的熔蚀反应，把铁水凝固在炉底的上部，即当炉底上部温度控制在1150℃(铁水熔点)以下时，可以防止炉底继续熔蚀，延长炉底寿命。

基于上述原因，并考虑到炉缸和炉底一旦被侵蚀损毁后，不易修补，严重时需要停炉大修，所以一般采用耐火度高、高温强度大、抗渣性好、导热能力强、体积密度较高和体积稳定性好的碳砖砌筑。我国高炉炉底工作表层也采用碳素捣固，其整体性好，缝隙少，铁水不易渗入。炉底的砌法主要是两种：一种为上部2—3层用碳砖，下面为高质量粘土耐火砖或高铝砖。大型高炉，由于铁水温度提高，炉底损毁的危险性增大，因此，采用全碳砖炉底。也可用沥青浸渍碳砖代替普通碳砖。砌法上采用于砌、锁砌、错缝或楔形砌法，防止碳砖漂浮损毁。

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