高爐用耐火材料

高爐用耐火材料，從19世紀(jì)中葉開始定型，日本戰(zhàn)后也為高爐爐襯標(biāo)準(zhǔn)材料的黏土耐火磚，其耐用性方面顯然不能滿足。有關(guān)其損傷結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)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(jìn)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(fù)作用， 另外，由于操作條件所產(chǎn)生的強(qiáng)度的變化，對于當(dāng)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(shù)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(bǔ)技術(shù)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(jì)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(dāng)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(yīng)方式，因此，探索了許多材質(zhì)之后，冷卻效果也被探明并達(dá)到目標(biāo)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(yīng)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。現(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(dá)到時，將來不能不考慮堿性下的爐內(nèi)條件。

有關(guān)對高爐內(nèi)襯保護(hù)的冷卻效果的利用，自19世紀(jì)半葉徳國采用水冷方式以來，可以認(rèn)為也是強(qiáng)有力的內(nèi)襯保護(hù)措施。冷卻效果的研究連動了爐內(nèi)附著物的形成機(jī)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(yīng)用于高爐冷卻技術(shù)上的技術(shù)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(yīng)起始(停止)溫度(Tu)越高、耐火磚的熱 傳導(dǎo)系數(shù)U，>越高，可以認(rèn)為到達(dá)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(kuò)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(yīng)于高爐的冷卻方式。當(dāng)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(gòu)的分析起到了重要的作用。

以上是有關(guān)高爐爐壁重要部位(爐身中、下部)的有代表性的冷卻技術(shù)發(fā)展過程，由于化學(xué)性質(zhì)變化的熱沖擊和機(jī)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(yīng)損耗程度和結(jié)構(gòu)，把耐火材質(zhì)分開使用的想法成為窯爐設(shè)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(bǔ)也可以作為參考。其技術(shù)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(jìn)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(rèn)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(shù)的進(jìn)步而運(yùn)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(guān)系的定量化分析成為可能，其數(shù)學(xué)模型也可以表示出來。

爐壁的修補(bǔ)，由于當(dāng)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(bǔ)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(yīng)爐襯部位的噴吹材料。有5天之內(nèi)完成修補(bǔ)的實例和等待兩個月的延期大修而進(jìn)行噴補(bǔ)以及延期22個月的實例。另外，在西德等中，原樣對風(fēng)口下部保溫，爐內(nèi)組成塔狀，至中修時進(jìn)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(bǔ)技術(shù)是從經(jīng)濟(jì)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(shù)上的指導(dǎo)原理，爐身上部采用熱噴補(bǔ)法為主、爐身下部采用壓入修補(bǔ)為主的方法。 另外，被稱為可鑄性修補(bǔ)法的爐身上部的斷面修繕技術(shù)為一種壓入工藝方法，其效果很好。