钢铁冶金用耐火材料-图片质量高的

钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心1钢铁冶金用耐火材料RefractoryonIron&SteelMetallurgicalIndustry主讲人：李志坚教授钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心2一、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、连铸用耐火材料七、其它行业用耐火材料钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心3RH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、钢铁冶炼过程钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心4目前，世界钢铁工业发达国家相继完成了高炉的大型化，据不完全统计，炉容大于2000m3的高炉已有100多座，大于4000m3的大型高炉有30多座，其中5000m3以上的超大型高炉有4座。其中我国上海宝山钢铁有限公司也分别于1985年和1991年建成投产了炉容为4063m3的1号和2号大型高炉。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。二、炼铁用耐火材料钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心5钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心62.1高炉炉衬用耐火材料钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心72.1.1高炉BlastFurnace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℃钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心82.1.2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、渗碳钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心92.1.3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：钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心102.1.3.1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：致密粘土砖、粘土砖、硅线石砖、高铝砖等。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心112.1.3.2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：碳化硅砖、热压小块炭砖、铝炭砖及半石墨化炭-碳化硅砖等。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心122.1.3.3炉腹(bosh)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：Si3N4结合SiC砖、热压小块碳砖、半石墨化碳-碳化硅砖、高铝砖、铝碳砖等。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心132.1.3.4炉缸(hearth)、炉底(hearthbottom)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。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心14陶瓷杯结构示意图钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心15高炉用陶瓷杯(CeramicCup)：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。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心162.2高炉炉前用耐火材料钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心17渣铁分离钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心182.2.1高炉出铁口炮泥TapholeClay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。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心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。炉缸出铁口钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心202.2.2高炉出铁沟(TapholeRunner)用耐火材料钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心2170年代后期以来，随着Al2O3-SiC-C质浇注料的研制成功和投入使用，出铁沟用耐火材料得到广泛研究，开发出了品质各异、适应性不同的多种不定形耐火材料。50年代，一般中、小型高炉的出铁沟均采用焦炭、粘土熟料，以焦油作结合剂的廉价材料，人工捣打成型。从60年代起，为适应高生产能力大容积高炉的生产条件，开发出了Al2O3-SiC-C质耐火材料，因其优异的耐剥落和耐侵蚀性，显著提高了出铁沟的使用寿命。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心22高炉出铁沟用耐火材料的性能和施工要求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。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心23耐火材料的发展与应用技术紧密相关。早在90年代，泵送浇注施工作业是最重大的改进。泵送浇注既可节省时间，又便于施工。在大型高炉出铁场，渣沟通常浇注两层耐火材料。永久衬用铝矾土基Al2O3-SiC-C质浇注料，工作衬用电熔Al2O3-SiC-C质浇注料。为了便于维护出铁沟用耐火材料，近期开发的采用喷涂/喷补技术施工的耐火材料性能良好，施工更加方便。该项技术既适用于低水泥浇注料，又适用于凝胶结合浇注料，大大提高了出铁沟的使用性能。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心242.3铁水运输及预处理装置用耐火材料铁水预处理是对炼钢用铁水进行脱硅、脱磷和脱硫处理，主要在鱼雷式混铁车、铁水包和混铁炉中进行。脱硅主要使用铁磷和石灰系处理剂；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。在三脱处理过程中，由于炉渣碱度增高，铁水冲刷，间歇作业造成温度波动等，加剧了耐火材料的蚀损，因此要求耐火材料应具有耐侵蚀、耐冲刷、抗热震和抗氧化等性能。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心252.3.1鱼雷式混铁车TorpedoLadle钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心26鱼雷式混铁车用途：运送铁水和进行铁水预处理。80年代后：ASC不烧砖，日本在此基础之上在ASC砖中加入ZrO2、石墨、Al等金属粉、硼硅酸盐玻璃、β－Si3N4、β－Al2O3、AlON、硅线石族矿物和叶蜡石等，进一步提高了ASC砖的耐蚀性等性能。早期鱼雷式混铁车所用耐火材料：高铝碳化硅砖、刚玉砖、白云石砖、红柱石砖、致密粘土砖、高铝砖、莫来石砖、和镁碳砖等。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心272.3.2铁水包用耐火材料IronLadle相对于鱼雷式混铁车而言，铁水包是一种适合于近距离运输的铁水预处理装置。铁水包用耐火材料：粘土砖、叶蜡石砖。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心282.4热风炉用耐火材料HotBlastStove热风炉有四种形式：内燃式、外燃式、顶燃式和球式热风炉四种。内燃式热风炉外燃式热风炉外燃式热风炉优点：蓄热室内温度场分布较均匀，燃烧室内燃烧完全，结构稳定。缺点：投资高、结构复杂和占地面积大。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心29钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心302.4.1热风炉炉衬损毁机理因热风炉的结构形式不同，炉衬的损毁情况也有差异，内燃式热风炉最易损毁的部位是隔墙；外燃式热风炉则是燃烧室和蓄热室的拱顶、两室的连接过桥等高温部位。综合损毁原因主要有以下三点：1.热应力作用：热风炉炉衬和格子砖总是处于冷热交变的状态下，受热应力的作用，极易导致砌体产生裂纹、剥落、砌体松动等破坏因素。2.化学侵蚀：由于燃烧用煤气和助燃空气中含有一定的碱性氧化物（氧化铁、氧化锌等），这些物质附着于砌体表面，并向内部渗透，逐渐与耐火材料发生化学反应，生成低熔物，降低了耐火材料的高温使用性能。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心313.机械载荷作用：热风炉是一种较高的建筑物，蓄热室下部格子砖承受的最大载荷高达0.8MPa，燃烧室下部衬体承受的载荷也达0.5MPa左右，在长期受热的状态下，砌体容易产生较大的收缩变形，严重影响热风炉的使用寿命。2.4.2热风炉耐火材料的性能要求荷重软化点高耐冲击性好气孔率低体积密度大抗蠕变性能好主要用耐火材料有：上部用硅砖，下部用刚玉莫来石砖、红柱石砖，底部用低蠕变高铝砖。钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工程中心32钢铁冶金用耐火材料辽宁科技大学无机材料工