高爐用耐火材料

高爐用耐火材料，從19世紀中葉開始定型，日本戰(zhàn)后也為高爐爐襯標準材料的黏土耐火磚，其耐用性方面顯然不能滿足。有關其損傷結(jié)構已經(jīng)進行了很多方面的研究，另外，對于停爐后其內(nèi)襯損傷斷面的情況也進行了很多研究。

爐壁耐火材料在使用過程中的損傷原因的要素是重復作用， 另外，由于操作條件所產(chǎn)生的強度的變化，對于當時來講不是很容易就能夠拿出對策的，目前為止所采取的技術措施屮大體可分為三方面：

(1) 耐火材枓材質(zhì)的合理化;

(2) 冷卻方式的改善;

(3) 診斷修補技術的開發(fā)。

作為從耐火材料材質(zhì)方面所采取的措施表現(xiàn)為20世紀50年代到60年代的以黏土耐火磚為對象以及60年代后半期通過高鋁質(zhì)耐火磚等的使用向各種材質(zhì)方向的變化，例如，由HarbnWaIker公司開發(fā)的莫來石結(jié)合的剛玉質(zhì)耐火磚或是其類似產(chǎn)品從60年代到70年代被各國廣泛使用。

許多損耗的主要原因當中，爐壁侵蝕的大部位中(爐身下部周圍)影響大的可判斷為伴隨著碳的析出，堿性化合物的形成所產(chǎn)生的組織脆化，耐堿性試驗法也由各國提出了和實際爐子條件相似的良好物質(zhì)，即在CO氣體共存的條件下堿蒸氣的反應方式，因此，探索了許多材質(zhì)之后，冷卻效果也被探明并達到目標的是碳化硅質(zhì)耐火材料。

世界上初實際試用碳化硅耐火磚的是新日鐵、室蘭第3高爐從1974年5月開始1年6個月的操作。碳化硅質(zhì)耐火磚(氮化硅結(jié)合劑型)與高鋁質(zhì)等其他材質(zhì)的耐火磚相比，實踐證明具有良的耐侵蝕性。

在同一時期，美國和歐洲等國也發(fā)表了對高爐爐身下部應用碳化硅的可能性，隨后，碳化硅磚(硅酸鹽結(jié)合劑型)作為高爐爐身下部用適合的材質(zhì)普及開來?，F(xiàn)在，高爐爐內(nèi)裝入的堿性物質(zhì) (Na2O+K2O2)比如在2~3 kg每1t達到時，將來不能不考慮堿性下的爐內(nèi)條件。

有關對高爐內(nèi)襯保護的冷卻效果的利用，自19世紀半葉徳國采用水冷方式以來，可以認為也是強有力的內(nèi)襯保護措施。冷卻效果的研究連動了爐內(nèi)附著物的形成機理研究。 因此，作為大限度利用冷卻的想法，適用于高爐的“Self-Lining” 的方式是在1957年由歐洲提出(圖3)的，把耐火材料作為不需要的這種內(nèi)襯方式應用于高爐冷卻技術上的技術人員、經(jīng)營人員之后卻沒有涌現(xiàn)出來，這種方法的延續(xù)線上出現(xiàn)的是所謂熱的平衡理論。

耐火磚的爐內(nèi)物質(zhì)的反應起始(停止)溫度(Tu)越高、耐火磚的熱 傳導系數(shù)U，>越高，可以認為到達熱平衡狀態(tài)時的耐火磚的殘余厚度就越大e這個公式，不僅是對高爐、而且在擴大使用方面也是 具有很大意義的想法。

高爐爐壁的冷卻方式是把銅制冷卻板插入內(nèi)襯中的內(nèi)部冷卻方式，這種冷卻方式占據(jù)了爐壁冷卻方式的主流。1967年和歌山煉銅廠還有名古屋煉鐵廠采用了外部冷卻的逐段冷卻方式，由此以來，從這兩種冷卻方式中選擇使用適應于高爐的冷卻方式。當初，耐火磚保持能力良的冷卻板方式占主體地位，像新日鐵君津三號高爐使用高鋁質(zhì)<90% Al2O3耐火磚并取得好數(shù)果的例子很少，但是，通過改造每一代逐段冷卻方式，發(fā)揮其砌爐時的施工性能和操作中的整備特性的長處，近，其主流方向轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)裝碳化硅耐火磚鑄成的“爐壁耐火磚一體型逐段冷卻”(圖5)方式，這種逐段冷卻改造的過程中，通過對逐段冷卻調(diào)査的損耗結(jié)構的分析起到了重要的作用。

以上是有關高爐爐壁重要部位(爐身中、下部)的有代表性的冷卻技術發(fā)展過程，由于化學性質(zhì)變化的熱沖擊和機械損耗作用為損耗主要原因的爐身上部，無論是哪一種冷卻方式，一般多采用高鋁質(zhì)耐火磚等。1960年，為適應損耗程度和結(jié)構，把耐火材質(zhì)分開使用的想法成為窯爐設計的基本思想，高爐也不例外。

爐襯損耗狀況的檢査監(jiān)視不僅僅是對于操作的重要性，而且對于爐襯的修補也可以作為參考。其技術辦法也顯示出歷史的多樣性變化。

從1950年到I960年，采用RI埋入的方法廣泛用于鋼鐵窯爐的內(nèi)襯損耗測定上，這種方法也在高爐上進行了嘗試，其結(jié)果是損耗在開爐后1 ~3個月以內(nèi)急劇發(fā)展，之后接近平衡狀態(tài)，同時，RI確認了內(nèi)襯監(jiān)視中的可用性。其他的方法(熱電偶法等)也得到了采用。近些年，由于傳感器技術的進步而運用了更新的方式(表7-4)]。另外，冷卻效果和內(nèi)襯損耗速度關系的定量化分析成為可能，其數(shù)學模型也可以表示出來。

爐壁的修補，由于當初若干延長大修的時間操作也停止了，采用了從爐內(nèi)向損耗部位噴吹澆注料的方法，從不能真正得到修補的意義上看，這種操作被稱做“中間大修”。這種方法在情況好的1960年，特別在美國得到普及，開發(fā)了各種適應爐襯部位的噴吹材料。有5天之內(nèi)完成修補的實例和等待兩個月的延期大修而進行噴補以及延期22個月的實例。另外，在西德等中，原樣對風口下部保溫，爐內(nèi)組成塔狀，至中修時進行更換并砌筑內(nèi)襯耐火磚的方式。但是，這種方式在日本一般還沒有實行。

日本誕生并使用真正的爐襯修補技術是從經(jīng)濟高度成長末期的1970年開始，在提高爐子壽命的方法中，根據(jù)各個高爐的具體情況，采取了多種多樣的措施。作為技術上的指導原理，爐身上部采用熱噴補法為主、爐身下部采用壓入修補為主的方法。 另外，被稱為可鑄性修補法的爐身上部的斷面修繕技術為一種壓入工藝方法，其效果很好。