高炉用耐火砖主要有黏土砖、高铝砖、刚玉砖等。
高炉耐火砖的核心性能特点在于高温下的结构稳定性、良好的抗渣铁侵蚀能力以及优异的抗热震性,它们是高炉长寿与运行的重要组成部分。
黏土砖和高铝砖具有较好的机械强度,耐磨性和抗渣性均好,成本较低,普遍用于高炉的各个部位。高炉用黏土砖和高铝砖要求具备如下性能:
高炉耐火砖
(1) 化学成分中氧化铝含量高而氧化铁含量低。氧化铝含量高保证黏土质耐火材料具备较高耐火度;由于氧化铁与一氧化碳相互作用生成海绵铁和石墨碳沉积,劣化衬料组织而破坏炉衬,为此标准和行业标准中对这两项指标有严格要求。
(2) 耐火度和荷重软化要求高。
(3) 重烧收缩率要小。它是表征材料升到高温后产生裂纹可能性的大小。
(4) 气孔率要低,可降低石墨和锌沉积砖衬中,延长其使用寿命。
高炉内部环境非常恶劣,不同部位对耐火砖的要求各有侧重,但总体须具备以下关键特性:
1. 耐高温与高温结构强度
高炉内部温度常高达 1500℃甚至更高,耐火砖须在此温度下保持不软化、不塌陷。
高耐火度:高品质高炉砖(如高铝砖)的耐火度可达 1750℃~1790℃,荷重软化温度远超常规制品,确保在长期高温负荷下体积稳定。
高温强度:在高温下仍能承受炉料的巨大压力和机械磨损,常温耐压强度可达 30~100MPa,有效降低窑炉变形风险。
2. 良好的抗侵蚀与抗渗透性
这是衡量高炉砖寿命的关键指标。高炉内充满熔融铁水、炉渣及碱性蒸气,普通材料非常易被侵蚀。
抗渣铁侵蚀:炉缸和炉底部位常采用碳质耐火砖或微孔炭砖,因为它们不被熔渣和铁水润湿,几乎不受酸碱盐腐蚀,能显著延长高炉寿命。相比之下,刚玉质砖在高温下易与炉渣中的 CaO 反应,抗侵蚀性较差。
低气孔率与抗渗透:气孔率越低,熔渣和碱金属蒸气越难渗透进入砖体内部。现代高炉广泛使用微孔甚至超微孔炭砖,将气孔孔径从几微米降至 0.05 微米级别,提升了抗铁水渗透能力。
3. 优异的抗热震稳定性
高炉在启停、休风或操作波动时,温度会发生剧烈变化。
抗热冲击:耐火砖需能承受数百次的冷热交替而不开裂、不剥落。高铝砖和碳化硅砖在此方面表现突出,能减少因热胀冷缩导致的结构损坏。
体积稳定性:重烧收缩率要小,避免高温下产生裂纹给侵蚀介质可乘之机。
4. 不同部位的针对性选材
高炉不同区域工况差异巨大,需“因地制宜”选择不同性能的砖材:
炉喉与炉身上部:主要承受炉料冲击和煤气冲刷,多选用高强度、耐磨的粘土砖或高铝砖。
炉身下部、炉腰及炉腹:温度高且受碱金属侵蚀严重,常采用碳化硅砖、刚玉砖或微孔铝炭砖,利用其高导热性和抗碱性。
炉缸与炉底:直接接触铁水和炉渣,是侵蚀严重的区域,普遍采用微孔炭砖、石墨化炭砖或“陶瓷杯”复合结构,以发挥其非常致的抗侵蚀和不润湿特性。