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耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院1一、钢铁冶炼过程二、炼铁用耐火材料三、转炉炼钢用耐火材料四、电炉炼钢用耐火材料五、炉外精炼用耐火材料六、连铸用耐火材料主要内容耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院2RH真空处理三脱转炉炼钢烧结炼焦炼铁采矿选矿LF精炼炉炉外精炼ANS-OB喂丝VD真空脱气连铸轧钢一、钢铁冶炼过程耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院3•1焦炉使用寿命40年的目标可以实现（只是从技术角度而言）。•2一座高炉一般要配备3～4座热风炉、热风炉的寿命应该是高炉寿命的两倍、高炉长寿预期20年、热风炉寿命预期应该是40年。•3热风炉预期的寿命40年、高炉寿命是20年。目前差距很大（只是从技术角度而言）。为了适应现代化大型高炉日益苛刻的操作条件，必须选用合适的耐火材料，才能达到高产长寿之目的。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院4炼铁过程工艺示意图铁水Hotmetal其他设备Otherequipment热风炉Hotstove焦炉cokebattery高炉Blastfurnace耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院52.1.1高炉高炉炉体由上而下依次为：炉喉＜400℃炉身400～1100℃炉腰1100～1200℃炉腹1200～1450℃炉缸`炉底1450～1600℃耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院62.1.2炉料在炉内分布（状态）固相区（块状带）：固体料软融前所分布的区域。软融区（软融带）：炉料从开始软化到融化所占的区域。滴落区（滴下带）：渣、铁全部融化滴落，穿过焦炭层下到炉缸的区域。回旋区（燃烧带）：风口前燃料燃烧的区域。炉缸区（渣铁带）：形成最终渣、铁的区域。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院72.1.2炉料在炉内分布区域相对运动热交换反应固相区（块状带）固体炉料下降煤气上升上升煤气对固体炉料进行加热和干燥间接还原、气化反应，碳酸盐分解、部分直接还原软融区（软融带）煤气通过焦炭夹层矿石软化、半熔、煤气对半熔层进行传热直接还原、渗碳滴落区（滴下带）固体焦炭下降，向回旋区供给焦炭，熔铁下流上升的煤气与滴下的溶渣、铁水及焦炭进行交换合金元素还原、脱硫、渗碳、直接还原回旋区（燃烧带）鼓风使焦炭回旋运动焦炭燃烧放热，产生高温煤气燃烧反应、部分再氧化炉缸区（渣铁带）铁水和溶渣的储存上部的热辐射、渣铁与焦炭的换热最终的精炼、渣铁间的还原、脱硫、渗碳耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院82.1.3高炉炉衬用耐火材料的使用条件：（1）在高温下，不熔化、不软化、不挥发；（2）应具有能在高温、高压条件下保持炉体结构完整的强度；（3）耐热冲击，耐磨损；（4）具有对铁水、炉渣和炉内煤气等的化学稳定性；（5）具有适当的导热率，同时又不影响冷却效果。高炉用耐火材料，必须对炉内的反应保持物理和化学上的稳定，应达到以下要求：耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院9我国高炉用耐火材料的发展•中国高炉用耐火材料的发展：1、二十世纪八十年代以前：Al2O3-SiO2系统天然矾土为主；Si3N4-SiC开始试用。2、二十世纪九十年代：Al2O3-CAl2O3-SiCSi3N4-SiC开始使用3、2000年以后：Sialon系列产品全面实现工业化生产•中国高炉用耐火材料技术路线：1、二十世纪八十年代随着宝钢全面建设开展。所有材料均来自日本。2、二十世纪九十年代宝钢高炉大修时逐步采用欧洲的技术路线：即强调耐火材料也非常重视水冷技术。3、日本高炉用耐火材料也在改进，但步伐不大，至今仍很少用Sialon系统材料，但非常重视水冷技术。高炉寿命很长—超过20年。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院10我国高炉长寿发展历程•宝钢高炉本体用耐火材料历程对中国大型高炉用耐火材料发展具有重要意义•宝钢初期耐火材料全部是日本体系。我们通过引进—消化—吸收—国产化的历程、实现一次跨越。•从日本模式转变到欧洲模式、材质也出现重大变化、走向赛隆结合碳化硅和赛隆结合刚玉体系。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院112.1.3.1炉身上部和中部用耐火材料在炉身上部，其破损机理主要是由于布料和炉料下降带来的机械冲刷和随上升气流而在此聚集的碱金属所产生的化学侵蚀。在炉身中部，主要是热震破坏，其次是机械冲刷。炉身上部和中部侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因对耐火材料的性能要求1.炉料下降过程的磨损2.上升煤气流的冲刷磨损3.碱金属侵蚀破坏4.CO的破坏作用1.耐压强度高2.抗碱金属侵蚀性好3.气孔率低4.氧化铁含量低选用耐火材料：粘土砖、硅线石砖、致密粘土砖、高铝砖等。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院122.1.3.2炉身下部、炉腰炉身下部、炉腰侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因对耐火材料的性能要求1.初成渣的化学侵蚀2.下降炉料的磨损3.金属铁的侵蚀破坏4.煤气流冲刷磨损5.热震引起的剥落1.抗渣侵蚀性好2.抗碱金属侵蚀性好3.高温强度高4.导热性好5.气孔率低6.热震稳定性好从炉身下部到炉腰的砖衬，既受下降炉料和上升高温高压煤气的磨损以及温度变化引起的热冲击，又受高FeO高碱度初渣的化学侵蚀，更为严重的是碱金属和锌蒸气造成的碳素沉积和化学反应，使耐火砖组织脆化，失去强度。选用耐火材料：铝炭砖、碳化硅砖、热压小块炭砖及半石墨化炭-碳化硅砖等。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院132.1.3.3炉腹用耐火材料炉腹带侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因对耐火材料的性能要求1.高温煤气流的冲刷磨损2.热态渣铁的冲刷侵蚀3.高温破坏作用1.高温耐磨性好2.抗渣铁侵蚀性好3.导热性好炉腹处砌砖在冷却壁的冷却作用下，可以形成渣皮，起保护作用。选用耐火材料：高铝砖、铝碳砖、半石墨化碳-碳化硅砖、热压小块碳砖、Si3N4结合SiC砖等。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院142.1.3.4炉缸、炉底用耐火材料内衬侵蚀原因及对耐材的基本性能要求：侵蚀原因对耐火材料的性能要求1.铁水溶蚀及渗透2.铁水环流冲刷侵蚀3.碱金属侵蚀4.热应力的破坏作用1.抗铁水溶蚀、抗渗透性好2.导热性好3.抗碱金属侵蚀性好4.气孔率低、微孔性炉缸侧壁砌体出铁口以上受到铁渣的侵蚀作用，出铁口以下为”死铁层”,长期受铁水侵泡，在炉缸壁与炉底的交界处受到铁水环流的冲刷作用。因此要求砌体具有良好的抗铁渣、铁水侵蚀能力和抗机械冲刷能力。目前国内大、中型高炉炉缸、炉底大多采用碳砖和碳砖－陶瓷杯复合炉缸两种。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院15陶瓷杯结构示意图高炉风口区示意图耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院16高炉用陶瓷杯：最早的陶瓷杯结构是法国沙佛埃公司的炉缸结构。其特点如下：在大块碳砖的内侧砌筑刚玉-莫来石质的陶瓷杯；陶瓷杯与碳块之间留有一定的间隙，用特制的捣打料充填，防止因材质的热膨胀率不同而造成结构应力的破坏。我国有多座大型高炉应用了法国的陶瓷杯，使用效果普遍较好，炉底炉缸寿命大幅提高，在高冶炼强度的条件下，炉底炉缸能确保安全生产。国产陶瓷杯砖如刚玉－莫来石砖，刚玉－碳化硅砖等在大、中型高炉上广泛应用。由于陶瓷杯砖的导热系数较小，对炉缸的铁水有保温作用，因而能提高铁水温度，降低能源消耗，炉缸热量充足又利于高炉操作，提高铁水质量，因而陶瓷杯炉底炉缸结构得到迅速发展。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院172.2高炉炉前用耐火材料耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院182.2.1高炉出铁口炮泥炮泥的发展：1.水性炮泥、2.焦油炮泥3.高性能焦油炮泥4.树脂炮泥炉缸出铁口炮泥是用来封堵出铁口的耐火材料，可分为有水炮泥和无水炮泥两大类。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院19出铁口炮泥：随着高炉尺寸和容积的增大，炮泥用耐火材料已由硅质变为高铝质；同样根据环境的要求，对传统的煤焦油成分进行改进，以改善炉前作业环境；为了延长出铁时间，研究者在炮泥中加入SiC、Si3N4和含有特殊碳的矾土质、电熔氧化铝质原料，使炮泥的性能有了极大的提高，出铁条件稳定，出铁口不扩径，铁水和渣稳定流出，但是由于强度高，需要特殊的钻孔机才能打开铁孔。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院202.3铁水预处理用耐火材料1.出铁沟用耐火材料；2.鱼雷混铁罐车和铁水包用耐火材料3.喷枪用耐火材料4.铁水搅拌器用耐火材料耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院211）铁水预处理铁水预处理是对炼钢用铁水进行脱硅、脱磷和脱硫处理（简称为“三脱”），主要在出铁沟、鱼雷式混铁车、铁水包和混铁炉中进行。脱硅主要使用铁磷（氧化剂）和石灰系处理剂；脱磷主要使用石灰系和苏打灰系处理剂；脱硫主要使用石灰系处理剂和镁电石系处理剂。高炉出铁沟分为主铁沟、铁沟和渣沟石灰耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院222）铁水预处理对耐火材料的作用与要求铁水预处理剂对耐火材料的作用：高温铁水和炉渣的强烈冲刷磨损作用；各种预处理剂的化学侵蚀作用；炉渣的渗透和侵蚀作用；间歇操作带来的温度聚变作用。铁水预处理用耐火材料的要求：高温强度大，耐磨损；耐各种处理剂的侵蚀；抗炉渣的侵蚀性好；热震稳定性好。便于现场施工，对环境污染小。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院233）预处理剂对耐火材料的作用（1）苏打粉（Na2CO3）熔点852℃，生成的Na2O会与耐火材料中的SiO2、Al2O3等生成低熔点的偏硅酸钠等低熔物。（2）石灰（CaO）氧化钙可与耐火材料中的SiO2、Al2O3等反应生成长石类晶体和铝酸钙及玻璃相等物质。（3）氧化铁是一种两性氧化物，对酸性材料来说，它作为强碱的FeO起作用，生成FeO-Al2O3-SiO2低熔物。（4）电石（CaC2）它的侵蚀作用来源于氧化后生成的CaO的侵蚀。（5）萤石（CaF2）是强溶剂，可降低炉渣的熔点和黏度，加速对耐火材料的侵蚀，分解生成的CaO也对耐火材料发生侵蚀。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院241.1高炉出铁沟用耐火材料的性能和施工要求出铁主沟由于要经受周期性熔渣的化学侵蚀，炉前沟衬耐火材料必须满足如下性能要求：1、具有优良的高温耐磨性，耐铁水和熔渣的冲刷能力强；2、耐熔渣的化学侵蚀性和渗透性好，抗氧化能力强；3、具有良好的抗热震性，抗爆裂性好；4、重烧体积变化小，具有致密均匀的结构。根据高炉炉前施工和使用要求，出铁沟耐火材料必须满足以下条件：1、良好的施工性能，可进行快速施工；2、能够快速烘烤而不炸裂；3、在施工和使用中不产生有害气体，不污染环境；4、不粘渣铁，便于解体和修补。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院251.2高炉出铁沟用耐火材料的发展历程初期捣打料Al2O3-SiC-C系(ASC)捣打料ASC浇注料ASC预制块优质ASC浇注料优质ASC捣打料ASC喷补料ASC干式振动料无搅拌ASC浇注料高温喷涂料ASC自流浇注料耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院261.3优质ASC浇注料的特点采用了高纯原料；物料的组成和粒度得到了调整；具有快速烘干和防暴裂性能；加入少量的金属Al粉；加入少量的有机发泡剂加入少量的有机纤维；具有较好的抗氧化性；加入少量的Si粉；加入氮化硅铁；加入了高效反絮凝剂。加入少量的聚磷酸盐。耐火材料在钢铁冶金中的应用辽宁科技大学材料学院271.4ASC浇注料各原料的作用出铁沟用ASC浇注料一般为低水泥或超低水泥浇注料，主要由Al2O3骨料，SiC、碳、水泥及各种添加剂配合而成。（1）Al2O3骨料Al2O3骨料主要包括电熔刚玉、棕刚玉、亚白刚玉、烧结氧化铝和高铝矾土熟料，使用时应根据材料的使用条件选定，高档材料选用电熔致密刚玉，中档选用棕刚玉、低档用烧结刚玉。（2）SiC（1）可以有效地防止碳的氧化；（2）SiC膨胀系数低，可以防止ASC浇注料加热冷却过程的开