高爐是用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。耐火磚的質(zhì)量直接影響高爐的運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命，常用的耐火材料有：高鋁磚、粘土磚和普通炭磚等。
耐火磚
耐火磚的使用性能是影響高爐壽命很重要的一個(gè)因素。20世紀(jì)80年代以前，國(guó)內(nèi)高爐爐襯一般采用高鋁磚、粘土磚和普通炭磚砌筑，壽命很短。當(dāng)時(shí)對(duì)高爐耐火材料使用性能的研究很少，因?yàn)楫a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中只有幾項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)，如炭磚的灰分、抗壓強(qiáng)度、氣孔率、體積密度，高鋁磚的抗壓強(qiáng)度、氣孔率、體積密度、耐火度、荷重軟化點(diǎn)、AlO3含量、Fe2O3含量等。這些常規(guī)指標(biāo)不能反映生產(chǎn)過(guò)程中高爐爐襯的實(shí)際工作狀態(tài)，因而這些指標(biāo)的高低與高爐壽命的關(guān)系并不密切。

隨著鋼鐵生產(chǎn)的高速發(fā)展，我國(guó)高爐爐襯用耐火材料取得了很大的進(jìn)步，在生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品品種、質(zhì)量水平方面，正逐步追趕世界水平，取代某些進(jìn)口產(chǎn)品。延長(zhǎng)高爐壽命是我國(guó)冶金工業(yè)的重要技術(shù)政策，煉鐵和耐火材料工作者為此做出了很大的努力，并取得了顯著的成效。

高爐用的耐火材料主要包括炭磚和硅鋁質(zhì)耐火材料等。高爐炭磚有半石墨炭磚、微孔炭磚、超微孔炭磚、石墨磚和模壓小炭磚等。

國(guó)外、國(guó)內(nèi)各牌號(hào)炭磚目前國(guó)內(nèi)高爐陶瓷杯用磚有復(fù)合棕剛玉磚、剛玉莫來(lái)石磚、塑性相結(jié)合棕剛玉磚、微孔剛玉磚、法國(guó)陶瓷杯磚(澆注塊)等5種，復(fù)合棕剛玉磚的抗堿性較差，一般大型高爐已不采用。陶瓷杯爐缸結(jié)構(gòu)是法國(guó)首先開發(fā)的，是一種不經(jīng)高溫?zé)傻臐沧K，其主要優(yōu)點(diǎn)抗堿性優(yōu)良，抗?fàn)t渣侵蝕性較好，抗鐵水熔蝕性很好，是微氣孔磚，適用于爐缸磚襯。

近年國(guó)內(nèi)相繼開發(fā)出多種陶瓷杯用磚，則都是高溫?zé)傻摹?guó)產(chǎn)微孔剛玉磚的各項(xiàng)性能均已達(dá)到或優(yōu)于法國(guó)陶瓷杯磚，其中抗?fàn)t渣侵蝕性和耐壓強(qiáng)度更好。塑性相剛玉磚除微氣孔指標(biāo)較差外，其他性能都較好，是目前應(yīng)用更多的～種。剛玉莫來(lái)石磚由于抗堿性和抗?fàn)t渣侵蝕性很差，不適合用于爐缸部位，但用于陶瓷杯底仍是適用的。

除炭磚品種外，還要重視碳素?fù)v打料和泥漿的選擇。如果采用導(dǎo)熱系數(shù)很低的碳素?fù)v打料[1—3W／(m·K)]，即使炭磚導(dǎo)熱系數(shù)很高，但由于碳搗料相當(dāng)于絕熱層，因而散熱仍然不暢，爐缸爐底溫度然很高，影響強(qiáng)化冷卻的效果。

對(duì)于炭磚，主要研究其抗氧化性、鐵水滲透性、鐵水溶蝕性、導(dǎo)熱率、氣孔分布特性、抗堿性；對(duì)硅鋁質(zhì)耐火材料，主要研究其抗渣性、抗堿性、氣孔分布特性等指標(biāo)。炭磚有以下幾種類型：

1)微孔炭磚。普通微孔炭磚中，國(guó)外的BC一7S和法國(guó)的AM一102炭磚可作為代表性的國(guó)際產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)的幾座高爐都使用了該產(chǎn)品，使用效果好，高爐壽命都達(dá)到了**年以上。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)較高，微氣孔指標(biāo)，抗堿性優(yōu)良。國(guó)產(chǎn)的普通微孔炭磚，其主要性能指標(biāo)和國(guó)外BC一7S炭磚、法國(guó)AM一102炭磚已很接近，很多高爐的使用效果較好。

2)超微孔炭磚。以國(guó)外的BC一8SR和德國(guó)的7RDN為代表，人們稱之為超微孔炭磚。其主要特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)較高，孔容積率>85％，其他性能也保持優(yōu)良。

3)模壓小炭磚。以美國(guó)NMA、NMD熱模壓小炭磚為代表的國(guó)際產(chǎn)品在我國(guó)應(yīng)用也比較多，使用效果較好。國(guó)內(nèi)某技術(shù)中-心和國(guó)內(nèi)某耐火材料廠合作進(jìn)行了模壓小炭磚的研制，以電煅無(wú)煙煤為原料，以酚醛樹脂為結(jié)合劑，用磨擦壓磚機(jī)成型，經(jīng)高溫?zé)?，生產(chǎn)模壓小炭磚，其產(chǎn)品性能已優(yōu)于美國(guó)熱壓小炭磚。

4）半石墨炭磚。國(guó)產(chǎn)半石墨炭磚和國(guó)外BC-5型半石墨炭磚相比，其導(dǎo)熱系數(shù)、抗堿性、鐵水熔蝕等性能相當(dāng)。德國(guó)半石墨炭磚的600℃導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到18．04W／(m·K)，優(yōu)于一般的國(guó)產(chǎn)半石墨炭磚，其他性能亦相當(dāng)。在高爐的內(nèi)部，不同的部位所使用的耐火材料也是不同的，高爐不同部位磚襯由于侵蝕、破損的原因不同則對(duì)耐火材料的性能要求也各異，應(yīng)根據(jù)主要侵蝕因提出性能要求，而不應(yīng)對(duì)每種耐火材料都提出同的性能要求。


因此，高爐設(shè)計(jì)非常重視爐底、爐缸設(shè)計(jì)的合理性，基本措施包括三個(gè)方面：一是增加死鐵層深度，以延緩爐缸鐵水流動(dòng)對(duì)爐底、爐缸的侵蝕；二是改善爐缸耐材質(zhì)量，提高爐缸的導(dǎo)熱能力、抗壓強(qiáng)度、抗鐵水侵蝕；三是加強(qiáng)爐底、爐缸冷卻強(qiáng)度與冷卻效果。

爐腹、爐身和爐腰用磚

高爐的這些部位通常被認(rèn)為是高溫區(qū)，是耐火材料內(nèi)襯的關(guān)鍵部位，即在正常情況下，高爐一代壽命就取決于這些部位的耐火材料和冷卻設(shè)備性能。這部分冷卻強(qiáng)度更大，溫度波動(dòng)大，機(jī)械沖刷和堿侵蝕嚴(yán)重。因此，要求耐火材料具有高的導(dǎo)熱系數(shù)。高耐磨性和抗堿侵蝕性。針對(duì)上述情況，在60年代到80年代，經(jīng)過(guò)多種試驗(yàn)，淘汰了傳統(tǒng)的高鋁磚，選用SiC磚。

爐腹、爐腰和爐身中下部，爐襯的工作條件相近，主要侵蝕原因是爐渣侵蝕、堿金屬侵蝕、爐料和渣鐵的沖刷、磨損等。高爐爐身上部，主要是機(jī)械沖刷與磨損。

這些部位的爐襯發(fā)展趨勢(shì)是，主要靠強(qiáng)化冷卻形成渣壤保持正常生產(chǎn)，磚襯僅留有很薄的鑲磚，耐火材料的用量很小。比較典型的設(shè)計(jì)如某l鍋爐的銅冷卻壁薄爐襯結(jié)構(gòu)。這一區(qū)域選用耐火磚的原則是，抗?fàn)t渣侵蝕性能好，抗堿性較好，導(dǎo)熱系數(shù)較高，強(qiáng)度要高。在成渣帶以下可選用Si，N。結(jié)合SiC磚、賽隆結(jié)合剛玉磚或賽隆結(jié)合SiC磚。

爐身中部無(wú)渣區(qū)可選用燒成微孔鋁炭磚。爐喉處直接使用鋼磚，爐喉下直到爐身上部均采用粘土劑。此外，國(guó)外目前還用硅線石磚，我國(guó)某公司在爐身上部均采用大塊硅線石磚。英國(guó)用含Al2O3為60％的SiC磚。這幾種磚的強(qiáng)度很高，抗堿侵蝕性和抗?fàn)t渣侵蝕性很好，導(dǎo)熱系數(shù)也高。適用于砌筑爐身到爐腹區(qū)域。

爐缸用耐火材料

現(xiàn)對(duì)于1000～2500m3級(jí)的高爐，爐缸可選用普通微孔炭磚，爐底用半石墨炭磚，陶瓷杯用微孔剛玉磚或塑性相結(jié)合棕剛玉磚，高爐壽命達(dá)到10～15年是完全可能的。

對(duì)于2500～4000m3級(jí)的高爐，爐缸用國(guó)產(chǎn)超微孔炭磚，爐底用普通微孔炭磚，陶瓷杯用國(guó)產(chǎn)微孔剛玉磚，高爐壽命達(dá)到15～20年也是可能的。如果認(rèn)為國(guó)產(chǎn)超微孔炭磚剛研制出來(lái)不可靠，則可購(gòu)買部分國(guó)外高品位炭磚用于爐缸砌筑。

現(xiàn)代高爐爐缸主要結(jié)構(gòu)類型有：以微孔碳磚為襯的炭質(zhì)爐缸，以陶瓷材料為襯的陶瓷杯爐缸；熱壓碳磚+陶瓷材料的復(fù)合爐缸。對(duì)以上三種爐缸結(jié)構(gòu)可分析其各自特點(diǎn)：高爐爐缸采用微孔碳磚，有效阻止了鐵水向碳磚的滲透，從而減輕了鐵水對(duì)爐缸內(nèi)襯材在于碳磚中，不能解決堿侵蝕對(duì)爐缸的侵蝕。

高爐爐缸采用陶瓷內(nèi)襯有更多的優(yōu)點(diǎn)：

1)陶瓷材料對(duì)碳磚起到保護(hù)作用，提高了爐缸抗鐵水的滲透和機(jī)械沖刷磨損；

2)陶瓷材料的低導(dǎo)熱性使?fàn)t缸內(nèi)襯溫度分布趨于合理，降低或避免堿侵蝕的破壞，同時(shí)還可降低熱耗。

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