分析耐火材料在钢铁工业中的运用

分析耐火材料在钢铁工业中的运用第八章耐火材料在钢铁工业中的应用前言

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％。2023/5/29第一节高炉用耐火材料第二节热风炉用耐火材料第三节焦炉用耐火材料第四节混铁炉用耐火材料第五节铁水预处理用耐火材料第六节转炉用耐火材料第七节炉外精练用耐火材料第八节连续铸钢用耐火材料第九节加热炉用耐火材料2023/5/29一、高炉（blastfurnace)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。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。第一节高炉用耐火材料

2023/5/292023/5/29高炉炉体用耐火材料

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。2023/5/292023/5/291、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。2023/5/292、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。2023/5/29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。碳化硅砖的理化性能指标见下表所示。2023/5/29中国美国结合方式Si3N4SialonSi3N4Sialon化学成分

％SiCSi3N4Sialon7121～23>77>20752575>20体积密度,g/cm32.722.702.602.70显气孔率,％15151615常温耐压强度，MPa204220198213抗折强度，MPa常温1400℃5257535038424748线膨胀率,％0.450.510.410.51热导率,W/(m·K)1200℃231617.517碳化硅砖的理化性能指标2023/5/29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。2023/5/293、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。同时，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。2023/5/29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，时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。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”。2023/5/29在陶瓷杯的背面（或下面）再垫以碳砖或微孔碳砖，两者厚度比为1:(2~2.5)。风口一般用氮化硅结合或自结合碳化硅砖，出铁口和除渣口等部位用硅线石砖。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。下表给出了高炉用碳砖及石墨砖的性能。2023/5/29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外加剂半石墨砖耐压强度,MPa405060251548热导率W·(m·K)-181111195122添加剂SiSiAl2O3SiAl2O3弹性模量MPa37001140012400290021005900抗碱性,%5.11.61.65.23.50.3铁中溶解度%3.04.20.54.24.61.02023/5/294、高炉其它部位用耐火材料

指出铁沟、渣沟与出铁口和出渣口等处用耐火材料。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。2023/5/292023/5/29（1）出铁沟分主铁沟和铁沟两部分。主铁沟一端与出铁口相接，由于高炉大型化且强化冶炼，每个出铁沟日通铁量高达3000t左右，因此其工作条件是苛刻的。对铁沟内衬用耐火材料的要求是耐铁水和熔渣的侵蚀和冲刷能力强，抗热震性能好及重烧体积变化小，此外还要求不粘结渣铁、易于施工与拆除，且不产生有害气体。一般采用粘土砖、碳化硅砖、石墨或焦末和沥青等配制成耐火捣打料做保护层。上世纪80年代以来，大型高炉采用的铁沟料已从捣打料发展成浇注料，其主要材质为电熔刚玉、碳化硅、少量金属硅与金属铝粉以及适量的外加剂等原料配制，再辅以超细粉使其具有较高密度，通铁量已达50～100万t。2023/5/29（2）出铁口用耐火材料用于堵塞出铁口的泥料称为炮泥。对炮泥的要求可塑性、粘结性及烧结性好，不产生裂纹与收缩，强度高、耐侵蚀，同时应易打开，保证铁水或熔渣顺畅流出。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。2023/5/29一、简介（hotblaststove/furnace)

高炉热风炉是一种蓄热式交换器，即能将鼓入高炉助燃的空气由常温加热到高温的热工设备。

20世纪50年代高炉热风炉的工作风温一般为800℃左右，70年代超过1020℃，90年代达到1350℃。由于风温的提高，操作条件更苛刻，因此所用耐火材料也从普通材料向高性能、多品种方向发展，以满足高风温操作的需要。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，抗儒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。当今都用净化的高炉煤气，因此格子砖由于胀裂(1000℃左右)而导致的崩溃或堵塞现象已不严重，热风炉结构及其使用的耐火材料见下图。第二节热风炉用耐火材料2023/5/292023/5/29二、炉体用耐火材料

热风炉炉体由蓄热室和燃烧室组成。热风炉一般用高炉煤气或高炉与焦炉的混合煤气作燃料，也有采用焦炉煤气或重油等作燃料的，其操作温度为1300～1600℃。由于炉体结构和操作温度不同，各部位一般选用超级或高级粘土砖、高铝砖、硅砖、莫来石砖、硅线石砖、红柱石砖和一些不定形耐火材料。损毁部位主要是燃烧室、格子砖气体的上部、内燃式炉的隔墙和外燃室炉的过桥等处。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。热风炉使用寿命为15～20年，其间对易损毁部位需要进行小修。2023/5/29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900～1100℃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儒变高铝砖、莫来石和硅砖。2023/5/29项目牌号RL-65RL-55RL-48Al2O3，％≥65≥55≥48耐火度，℃≥1790≥1770≥17500.2MPa荷重软化温度,℃≥1500≥1470≥1420重烧线变化，％1500℃，2h1450℃，2h+0.1-0.4+0.1-0.4显气孔率，％≤24常温耐压强度，MPa49.044.139.2热风炉高铝砖的理化性能2023/5/29热风炉硅砖的理化指标项目指标

SiO2，%≥94CaO，%2~3Fe2O3，%≤1.5耐火度，℃≥1710荷重软化开始温度，℃≥1650蠕变率（1550℃，50h），％≤0.5真密度，g/cm3≤2.34显气孔率，％≤23常温耐压强度，MPa≥302023/5/29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2～4年。该部位采用高铝质耐火浇注料预制带喷嘴口的部件，也获得了较好的使用效果。2023/5/29一、简介（cokeoven)焦炉是获得焦炭及炼焦化学副产品的热工设备，焦炉炉体结构见下图.第三节焦炉用耐火材料2023/5/29二、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。2023/5/29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：2.31~2.32g/cm3，控制硅砖中残存石英含量使残余膨胀几乎为零。2023/5/29

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；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。2023/5/29三、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。2023/5/29四、焦炉硅砖（silicabrickforcokeoven)

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。硅砖是其炉体的主要材料，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。2023/5/29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。2023/5/293、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。2023/5/29焦炉硅砖的理化性能项目指标备注SiO2，％≥94CaO，％2～3有的不限制CaO，有的限制Al2O3和Fe2O3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2023/5/29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。

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。2023/5/29（Refractoriesforhotmetalmixer)

混铁炉是炼钢厂储存铁水，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1500～1550℃。该炉通常为卧式圆筒形（见图），两端呈球面状。第四节混铁炉用耐火材料2023/5/29混铁炉炉体的厚度一般为600～800mm。靠炉壳铺上10～20mm厚的石棉板、耐火纤维毡或硅钙板，然后砌筑厚度为113～230mm的粘土质隔热砖或漂珠砖。碱性混铁炉内衬的工作层通常用普通镁砖砌筑，不接触铁水的部位则用镁铝砖砌筑，有些部位也允许用高铝砖；酸性混铁炉内衬的工作层一般用硅砖砌筑。目前，在兑铁水口处，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）。2023/5/29煤气烧嘴砖一般采用高铝材质制作，装铁水口的炉盖内衬工作层因掉砖需经常维修，一般用粘土砖砌筑，改用耐火浇注料或耐火可塑料做成的整体工作层，寿命显著提高。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、装铁水口与圆筒形本体连接处等部位跟师薄弱环节，在一个炉役中，该处内衬需要经常维修。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。2023/5/29（Refractoriesforhotmetalpretreatment）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。第五节铁水预处理用耐火材料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，以及插入法等。2023/5/29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（Na2O3）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。2023/5/29几种处理剂对耐火材料侵蚀程度处理内容处理剂对砖的相对侵蚀程度脱磷Na2CO31大↑侵蚀↓小CaO-CaF2-FeO2脱硅FeO3CaO-CaF24脱硫CaF25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。2023/5/29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质浇注料作内衬后，延缓了炉渣渗透，铁沟寿命有所延长。鱼雷罐车用耐火材料鱼雷罐车的使用已有60多年的历史，除用作铁水运输工具外，上世纪70年代以来还兼作铁水预处理的容器，可容纳铁水100～600t，国内外的一些钢厂正在用鱼雷罐车来取代传统的敞开式铁水罐。2023/5/292023/5/29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），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。2023/5/29铁水罐用耐火材料一般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％的石灰通过侵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。2023/5/29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。因此，罐壁和罐底采用含蜡石10％～20％的氧化铝－碳化硅－碳质砖砌筑，取得了较好效果。罐口由于受氧气的影响和高温的作用，要求该部位的砖具有良好的高温性能和热震稳定性能，所以有采用含Cr2O3％的高铝砖砌筑。采用上述砖综合砌筑的铁水罐，使用寿命可达到400余次（其中脱磷处理率约占三分之一），比单一采用高铝衬砖约提高70％。2023/5/29项目出铁沟用铝镁浇注料铁水罐用铝碳化硅质衬砖喷枪用高铝浇注料12化学成分，%MgO3Al2O394757974SiO2124SiC85C1010显气孔率，％5.08.813.3体积密度，g/cm33.253.003.042.71耐压强度，MPa605053抗折强度，MPa19118.6重烧线变化，%+0.96-0.03铁水预处理用耐火材料理化指标2023/5/29前言(Refractoriesforconverter)

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。第六节转炉用耐火材料2023/5/292023/5/29各部位炉衬的工作条件和所用耐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。2023/5/29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。2023/5/29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。2023/5/29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。2023/5/29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地关键制品。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。2023/5/29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，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。制作透气砖时，可选用镁质及镁碳质原料，内镶一定数量的不锈钢管，用等静压成型，其外形可制成圆形或方形，其理化性能举例如下：体积密度2.9g/cm3，显气孔率0.6%，耐压强度为40MPa，高温抗折强度11MPa，MgO≧74％，C≧17％2023/5/29300吨转炉各部位用镁碳砖的性能使用部位化学成分，％气孔率％体密g/cm3耐压MPa高温抗折MPaMgO固定碳炉口78.114.12.42.9642.512炉帽73.118.51.892.9541.812砖料侧76.118.11.782.964214炉身71.618.91.82.9640.112耳轴75.219.71.82.9641.615风口周围75.319.62.242.9541.817炉底74.617.61.862.9541.3122023/5/29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，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。炉衬损毁的原因1）炉渣及钢水在高温下的化学侵蚀；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）因加入废钢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。2023/5/29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：工作面的基质成分与熔渣反应，形成了熔化层，接着为脱碳层，再往内为原砖层。2023/5/29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。2023/5/29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，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，喷粉和氩氧脱碳等装置用耐火材料。第七节炉外精练用耐火材料2023/5/29一、真空脱气用耐火材料

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。2023/5/29

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。该装置采用高铝砖作内衬，升降管采用高铝砖、刚玉质浇注料或高铝质捣打料和浇注料作内衬。上世纪80年代后，真空室改用镁铬砖砌筑，下部使用煤碳砖、升降管用再结合镁铬砖砌筑，真空室下部寿命为60～190次，真空室中，上部寿命达到1400次以上，升降管寿命为30～120次，每吨钢耐火材料的消耗量已低于1kg的水平。2023/5/29二、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15～30次，包衬寿命为30～80次。2023/5/29

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。所用耐火材料有烧成镁铬砖或白云石砖，也有使用锆铝铬砖的。2023/5/29三、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。2023/5/29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，才质为高铝质或刚玉质。2023/5/29四、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2～5个气体喷嘴，采用氩、氧和氮的混合气体或纯氩气进行吹炼。2023/5/29由于气体搅拌钢液产生涡流现象，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。各种炉外精练用耐火材料的性能见表7.1，精炼钢包容量、内衬材质及使用状况见表7.2。2023/5/29名称镁铬砖镁碳砖镁尖晶石砖油浸镁白云石砖合成镁铬铝砖化学成分，SiO2％3.0～3.3－--2.25Al2O35.8～11.2－7.0～10<417.2Fe2O36.7～6.9－---CaO0.6～0.8－-15~200.9MgO62～6577.689～9275~8058Cr2O315～20－--15.5C－13.8---显气孔率，％14～173～614.8～16.9<2013体积密度，g/cm33.15～3.262.8～2.852.98~3.06>3.13.21耐压强度，MPa52～10133～4658~78>8069.9高温抗折强度，MPa10～1713～15>153.1-表7.1炉外精练用耐火材料的性能2023/5/29表7.2各种精练法使用状况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、镁白云石砖高铝砖真空氩氧脱气法VAD各类高合金钢镁铬砖、镁碳砖白云石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2023/5/29（Refractoriesforcontinuoussteelcasting）主要包括盛钢桶、中间包以及与之配套的整体塞棒、滑动水口、长水口、浸入式水口、定径水口等用耐火材料。第八节连续铸钢用耐火材料2023/5/292023/5/292023/5/292023/5/292023/5/29连铸技术的发展对耐火材料部件提出了更高的要求。除要求具有通常耐火材料的性能以外，还必须兼有净化钢液、改善钢液质量、控制和调节钢液流量和缩短精练时间等一系列特殊功能，故称为功能耐火材料。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。2023/5/29一、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。2023/5/29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，故包龄有明显的提高；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2～3倍；2023/5/29上世纪80年代初期，采用了Al2O3含量约为75％的高铝砖、莫来石及锆质砖等砌筑盛钢桶工作衬，包龄有一定的提高。在盛钢桶上也用过铝镁质耐火倒打料工作衬，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。随后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。2023/5/29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。目前较新的发展趋势是在盛钢桶内使用预制件，在盛钢桶的桶底和包壁使用效果令人满意，寿命超过传统使用的耐火材料。2023/5/29二、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。2023/5/29其优越性在于降低中间包的热损耗，使用过程中无需烘烤，且易于清渣和拆底。随着不定形耐火材料技术的发展，新型喷涂料和涂抹料开始大量使用，但是由于施工效率和需要配置专用设备以及中间包周转率不高的原因，目前人们已将重点转移到干式振动料上，其特点是施工方便，烘烤温度低，使用寿命长（较以前提高了2倍以上），拆包方便，同时极大的提高了中间包的周转率，适应了钢铁冶炼快节奏的需要。中间包耐火材料的损毁原因是温度的聚变导致崩裂、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。2023/5/29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、ZrO2质、Al2O3质或ZrO2－Al2O3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