高炉各部位耐火材料的主要性能 - 各种对比

我国高炉耐火材料发展现状宋木森，邹祖桥，于仲洁(武汉钢铁集团公司技术中心，湖北武汉430080)摘要：近年来，我国高炉炉衬用耐火材料已取得明显进展。高炉设计中要根据容积大小和不同部位的使用性能要求，合理地选用耐火材料。在国内高炉炉衬用耐火材料质量和品种已取得很大进步的情况下，盲目使用进口耐火材料是完全不必要的。关键词：高炉；耐火材料；合理选用中图分类号：TF065.1文献标识码：A文章编号：1006—9356(2005)11-—0006—05LatestDevelopmentofRefractoryUsedforBlastFurnaceLiningSONGMu—sen，ZOUZu—qiao，YUZhong-jie(TechnologyCenterofWISCO，Wuhan430080，China)Abstract:Thispaperintroducesthelatestdevelopmentofrefractoryusedforblastfurnace1ininginChina．Inthedesignofblastfurnace，itisnecessarytochooserefractoryreasonablyaccordingtotheblastfurnacevolumeaswellasspecialrequirementsofservicepropertiesindifferentblastfurnaceregions．B1indimportofblastfurnacerefractoryisunnecessaryintheconditionofobviousprogressofqualityandgradesofrefractoryusedforblastfurnace1ininginChina．Keywords:blastfurnace;refractory;reasonablechoice随着近年我国钢铁生产的高速发展，高炉炉衬用耐火材料取得了很大的进步，在生产技术、产品品种、质量水平方面，正逐步追赶世界先进水平，取代某些进口产品，以满足我国炼铁生产发展的需要。延长高炉寿命是近十几年来我国冶金工业的重要技术政策，炼铁工作者和耐火材料工作者为此做出了很大的努力，并取得了显著的成效。本文简介近年我国高炉炉衬用耐火材料发展的基本情况，以及武钢在这方面的研究工作。通过对高炉不同部位侵蚀机理的分析，以及国内高炉耐火材料产品与国外同类名牌产品的性能对比，探讨合理选用高炉耐火材料问题，避免或者减少盲目地、不恰当地使用进口耐火材料。1高炉耐火材料性能评价方法的进步过去炼铁工作者对高炉耐火材料性能的要求仅限于一些常规性能，如对炭砖仅要求灰分、耐压强度、体积密度、气孔率等指标，对陶瓷耐火材料仅要求化学成分、耐火度、荷重软化温度、显气孔率、体积密度、耐压强度、重烧线变化率等指标。实际上，上述常规性能指标不能全面地反映出高炉生产条件下耐火砖衬受到破坏的工作条件。例如，有些高炉内有碱金属和锌的循环富集，对耐火砖衬形成很强的侵蚀，成为砖衬的重要侵蚀源。抗碱性差的耐火砖在炉内被碱侵蚀后往往变成粉末，完全失去强度；又如，高炉炉缸到炉身中部有炉渣的侵蚀和冲刷，过去这些部位多砌筑高铝砖和粘土砖，虽砖衬很厚，但因其抗渣性很差则很快就被侵蚀掉，易造成炉壳发红、开裂等事故。强化冷却是延长高炉寿命的关键措施，因提高冷却强度使砖衬温度降低，可有效减缓各种侵蚀所引起的侵蚀速度。如碱金属在800℃以下对耐火砖的侵蚀就很微弱，铁水在1150℃以下凝固，不可能再对砖衬形成严重的侵蚀和渗透。因此，近年国内新建的很多高炉都提高了冷却强度，为此要求耐火砖衬有较高的导热系数，生产高导热系数的炭砖已成为高炉炭砖的重要发展方向之一。在高炉生产过程中，碱金属的富集是逐渐增加的。它对砖衬的侵蚀是以气体形态渗入砖衬内部，在适宜的温度下(900~1100℃)凝固而沉积下来，从砖衬内部腐蚀砖衬。除碱金属外，锌、铅、铁水都有很强的渗透作用，同样会侵蚀且破坏砖衬。为防止这些渗透侵蚀，采用微气孔砖是行之有效的措施，因此高炉采用微气孔砖也是重要的发展方向之一。在研究炭砖时发现，国内20世纪60年代生产的普通炭砖，如果只看其气孔率、体积密度、强度、灰分等常规性能指标，比国外的优质炭砖并不差；但进一步对导热系数、抗碱性、微气孔指标进行对比，就发现国产炭砖的差距很大，而恰恰是这些特殊性能应作为评价高炉耐火材群优劣的重要标准。对于高炉耐火材料使用性能的检测方法，武钢已进行了近20年的研究2在研究高炉砖衬破损和侵蚀机理的基础上，对．高炉耐火材料提出了多项特殊使用性能要求，并研究出相应的试验方法，通过原冶金部制定了检验方法和标准。其主要有：①导热系数；②抗碱性；③抗铁水熔蚀性；④抗炉渣侵蚀性；⑤平均孔径；⑥小于1m孔容积率；⑦透气度；⑧抗氧化性。武钢应用这些检验方法选用高炉耐火材料已有十多年历史，对武钢提高高炉寿命发挥了重要作用。目前，这些检验方法已在国内广泛应用，很多新型优质高炉耐火材料不断地开发出来，有的综合性能已赶上国际先进水平，有些指标甚至超过了国际先进水平。1.2不同部位对耐火材料性能的要求高炉不同部位砖衬由于侵蚀、破损的原因不同，则对耐火材料的性能要求也各异，应根据主要侵蚀原因提出性能要求，而不应对每种耐火材料都提出同样的性能要求。高炉各部位的主要性能要求见表1。表1高炉各部位对耐火材料的主要性能要求Table1Propertydemandsofrefractoryusedforblastfurnacelining高炉部位材料名称主要性能要求1炉底炭砖透气度、强度、铁水熔蚀性、平均孔径、1m孔容积率、导热系数2炉底陶瓷杯砖铁水溶蚀性、透气度、强度、平均孔径、1m孔容积率3炉缸炭砖导热系数、抗碱性、平均孔径、1m孔容积率、透气度、抗氧化性、铁水溶蚀性、强度4炉缸陶瓷杯砖抗炉渣侵蚀性、平均孔径、1m孔容积率、抗碱性、透气度、强度5炉腹SiC砖、赛隆刚玉砖导热系数、抗碱性、抗炉渣侵蚀性、强度、1m孔容积率、平均孔径、透气度6炉身SiC砖抗碱性、导热性、强度、透气率、平均孔径、1m孔容积率7炉身中部烧成微孔铝炭砖抗碱性、导热系数、平均孔径、1m孔容积率、抗氧化性、强度、抗炉渣侵蚀性8炉身上部磷酸浸渍粘土砖强度、抗碱性、磷的质量分数2高炉炉衬用耐火材料质量水平分析2.1高炉炭砖高炉炭砖有半石墨炭砖、微孔炭砖、超微孔炭砖、石墨砖和模压小炭砖等。我们曾对国内外同类炭砖产品进行了使用性能的对比试验，下面介绍我们对各种炭砖的对比试验结果。2.1.1半石墨炭砖国产半石墨炭砖和日本BC-5型半石墨炭砖相比，其导热系数、抗碱性、铁水熔蚀等性能相当。德国半石墨炭砖的600℃导热系数达到18.04W/(m.k)，优于一般的国产半石墨炭砖，其它性能则相当。但是，兰州新研制的半石墨炭砖的导热系数、微气孔指标则已经优于德国同类产品。表2半石墨炭砖性能对比Table2Propertiesofhalf-graphitecarbonbrick性能兰州贵州日本BC-5德国5RDN兰州新研制砖体积密度／(g·cm-3)1.621.551.541.581.60显气孔率／％13.0316.2115.6014.0816.39耐压强度／MPa46.8035.4335.0038.7543.01透气度／mDa38.84317.90138.23160.5218.93氧化率／％35.3812.374.861.84___铁水熔蚀指数／％26.8928.4228.2628.1928.85平均孔径／m2.307.336.276.821.171m孔容积率／％31.6521.0910.9615.2746.83导热系数(6000C)／(W·m-1.K-1)4.1611.2112.5718.0420.09抗碱性良(LC)差(C)良(LC)良(LC)良(LC)2.1.2微孔炭砖普通微孔炭砖中，日本的BC-7S和法国的AM-102炭砖可作为代表性的国际名牌产品，武钢5号高炉、宝钢1号和2号高炉都使用了该产品，使用效果好，高炉寿命都达到了10年以上。该产品的特点是导热系数较高，600℃达到12~14W/(m.K)；微气孔指标先进，平均孔径0.10~0.13m，小于1m孔容积率达到78.45%；抗碱性优良。国产的普通微孔炭砖，包括兰州炭素厂、武彭公司、鲁山炭素厂、科瑞公司等厂家的产品，其主要性能指标和日本BC-7S炭砖、法国AM-102炭砖已很接近，国内很多高炉的使用效果较好。例如武钢4号高炉就是使用国内某厂的普通微孔炭砖，寿命已达到了10年。表3微孔炭砖性能对比Table3Propertiesofmicro-porecarbonbrickproducedindifferentplace性能兰州武彭鲁山科瑞日本BC-7S法国AM-102体积密度／(g·cm-3)1.561.581.701.751.581.56显气孔率／％17.0015.4515.2111.5318.6917.00耐压强度／MPa43.0053.5450.5669.2038.0129.41透气度／mDa2.425.133.211.612.620.28氧化率／％8.8710.376.748.284.278.09铁水熔蚀指数／％13.5629.5624.7524.3415.7913.46平均孔径／m0.2320.1800.1740.1900.1250.1091m孔容积率／％73.6979.9076.7678.4978.4578.67导热系数(6000C)／(W·m-1.K-1)13.4813.4711.7412.6312.9814.00抗碱性优(U)优(U)优(U)优(U)优(U)优(U)2.1.3超微孔炭砖要使高炉寿命进一步提高到15~20年，对炭砖应有更高的要求，主要是导热系数和微气孔指标应该更高。满足以上要求的国外炭砖以日本的BC-8SR和德国的7RDN为代表，我们称之为超微孔炭砖。其主要特点是导热系数较高，600℃达到18~20W/(m.K)，平均孔径达到0.1m，小于1m孔容积率大于85％，其他性能也保持优良。兰州炭素厂和武钢技术中心合作，经过(年的研究，现已研制成功这种超微孔炭砖，其性能达到了日本BC-8SR和德国7RDN炭砖的实物质量水平。现已首次用于武钢在建的7号高炉(3200m3)。表4超微孔炭砖性能对比Table4Propertiesofultra-micro-porecarbonbrickproducedindifferentplace性能德国7RDN日本BC-8SR兰州产超微孔炭砖石墨砖体积密度／(g·cm-3)1.771.731.751.74显气孔率／％15.0510.0212.3814.46耐压强度／MPa44.2531.9536.9729.84透气度／mDa0.9900.35___氧化率／％5.273.004.354.38铁水熔蚀指数／％19.4231.1730.05___平均孔径／m0.1210.0830.1104.2351m孔容积率／％76.0888.2086.8527.86导热系数(6000C)／(W·m-1.K-1)18.67~20.4218.1522.8144.63抗碱性优(U)优(U)优(U)优(U)2.1.4模压小炭砖以美国NMA、NMD热模压小炭砖为代表的国际名牌产品在我国应用也比较多，使用效果较好。近年国内已有多家炭素厂生产模压小炭砖，但一般只达到普通微孔炭砖的水平。如600℃的导热系数仅12W/(m.K)左右，低于美国的热模压小炭砖。武钢技术中心和巩义市第五耐火材料厂合作进行了模压小炭砖的研制，以电煅无烟煤为原料，以酚醛树脂为结合剂，用摩擦压砖机成型，经高温烧成，生产模压小炭砖，其产品性能已优于美国热压小炭砖。美国的热模压小炭砖的主要优点是导热系数较高，优于国产的普通微孔炭砖和普通模压小炭砖。另一优点是抗碱性优良，而这一性能国内产品也已能够达到。其缺点是不属于微气孔炭砖、平均孔径大于1m、小于1