电弧炉耐火材料和炉衬

电弧炉耐火材料和炉衬 电弧炉耐火材料和炉衬

4.1耐火材料的主要性能和分类

耐火材料是一种能抵抗高温（1580C以上）作用的固体材料。耐 火材料是所有工业用炉不可缺少的内衬材料，其使用范围极其广泛， 其中冶金工业用量最大，约占耐火材料生产总量的 70%左右。但是， 目前尚没有一种耐火材料能够完全满足使用性能的要求， 即使同一耐

火材料在不同的使用条件下所表现的性能也不相同。 因此，为了合理

使用耐火材料，必须了解耐火材料的性能和使用的工作条件。

4.1.1耐火材料的主要性能指标

耐火材料的主要性能指标包括：

① 耐火度：耐火材料抵抗高温作用而不熔化的性能称为耐火度。 耐火

材料没有固定的熔点，所以耐火度实际上是指耐火材料软 化到一定程度时的温度。耐火度是耐火材料的重要指标， 选用耐火材料的耐火度，应高于其最高使用温度。

② 热稳定性：耐火材料承受温度急剧变化而不开裂、不损坏的能力，

以及在使用中抵抗破裂或破碎的能力，称为热稳定性。

③ 抗渣性：耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力称为抗渣性。

④ 体积稳定性：耐火材料在高温下长期受热时抵抗体积变化的能力称

为体积稳定性，也称重烧收缩或膨胀。

⑤ 荷重软化温度：耐火材料在高温时，每平方厘米承受 2Kg静负荷

作用下，引起一定数量变形的温度，称为荷重软化 温度。在生产中，材料实际负荷常小于 2Kg/cm2, 同时是单面受热的多，较冷的一面承受大部分负 荷，因此耐火材料的最高使用温度常较其荷重软化 温度为高。

⑥ 体积密度：耐火材料在110C下干燥后的质量与体积之比称为体积 密度，单位为g/cm3。

⑦ 真密度：耐火材料在110C下干燥后的质量同真体积之比，称真密

度，单位为g/cm3。真体积指试样总体积与试样中孔隙所 占的体积之差。

⑧ 气孔率。气孔率包括：

1) 显气孔率：耐火材料与大气相通的孔隙(开口孔隙)的体积与 总体积之比。

2) 真气孔率：耐火材料全部孔隙的体积(包括开口和闭口孔隙的 体积)与总体积之比。

两种气孔率都用％表示。

⑨ 常温耐压强度：耐火材料在常温下每平方厘米承受负荷的能力称常

温耐压强度，单位为 Kgf/ cm2 (0.1Mpa)。

除上述性能指标外，耐火材料还有导热性、导电性、可塑性、透 气性及吸水率等一些重要的指标。 耐火材料的外形和尺寸，对于耐火 材料的实际应用也具有很大的影响， 它直接影响到砌筑时的砖缝。 耐 火材料的外观检查项目有：尺寸公差、缺角、缺棱、扭曲、裂纹、熔 洞渣蚀等。一般制品的尺寸公差不得超过士 3%。

4.1.2耐火材料的分类 耐火材料的种类繁多，根据不同的使用目的和要求，有许多分类方法， 常用的几种分类方法如下：

㈠按耐火度分类有：

① 普通耐火材料：耐火度为 1580〜1770C;

② 高级耐火材料：耐火度为 1770〜2000C;

③ 特级耐火材料：耐火度为 2000〜3000C;

④ 超特级耐火材料：耐火度为 3000C以上。

㈡按化学性质分类有：

① 酸性耐火材料：石英（硅石）、硅砖；

② 半酸性耐火材料：半硅砖；

③ 中性耐火材料：铬砖、粘土砖、高铝砖、粘土质耐火泥等；

④ 碱性耐火材料：镁砖、铬镁砖、镁铝砖、白云石砖、镁砂、白云石 及镁质耐火泥等。

㈢按制品外形尺寸分类有：

① 标准型砖：直角形砖、纵楔形砖、横楔形砖，最常见的标准型砖的

尺寸 230mmx 113mmX65mm;

② 普型砖；

③ 异型砖；

④ 特异型砖。

此外，耐火材料还可按用途分类。如电炉炉盖用砖、盛钢桶用砖 等；按耐火材料制作工艺不同还可分为烧成砖、不烧砖、熔铸砖等。

4.2电弧炉用耐火材料

4.2.1电弧炉对耐火材料的一般要求

电弧炉对耐火材料的一般要求有：

① 高耐火度：电弧温度在4000C以上，炼钢温度常在1500〜1750C,

有时甚至高达2000C，因此，要求耐火材料必须有高 的耐火度。

② 高荷重软化温度：电炉炼钢过程是在高温载荷条件下工作的， 并且

炉体要经受钢水的冲刷，因此耐火材料必须有高 的荷重软化温度。

③ 良好的热稳定性：电炉炼钢从出钢到装料几分钟时间内温度急剧变

化，温度由原来的1600C左右骤然下降到900C 以下，因此要求耐火材料具有良好的热稳定性。

④ 抗渣性好：在炼钢过程中，炉渣、炉气、钢液对耐火材料有强烈的

化学侵蚀作用，因此耐火材料应有良好的抗渣性。

⑤ 高耐压强度：电炉炉衬在装料时受炉料冲击，冶炼时受钢液的静压，

出钢时受钢流的冲刷，操作时又受机械振动，因此耐 火材料必须有高的耐压强度。

⑥ 低导热性：为了减少电炉的热损失，降低电能消耗，要求耐火材料

的导热性要差，即导热系数要小。

4.2.2炉盖用耐火材料

炉盖在冶炼过程中长期处于高温状态，并且经常受到温度急变的 影响，受到炉气和粉末造渣材料的化学侵蚀， 受到升降炉盖的机械振 动作用，所以工作条件十分恶劣。近年来，随着炼钢电弧炉容量扩大 与单位功率水平的提高，炉盖的使用条件变得更加苛刻，炉盖用耐火 材料也随之发生变化。炉盖用耐火材料有以下几种：

㈠硅砖：由天然石英岩或石英砂加工制成， 电炉炉盖用硅砖理化性能 如下表：

指 标 (DG) - 95

SiO2含量/ % （不小于） 95

耐火度/C（不小于） 1710

2Kg/cm2荷重软化开始温度/ C

（不小于） 1650

显气孔率/ % （不小于） 22

常温耐压强度/ （Kgf/cm2）（不

小于） 250

硅砖有很高的荷重软化温度，较高的耐火度，同时具有质量小， 价格便宜等优点，因此曾是碱性电弧炉炉盖的主要材料。 但硅砖的热 稳定性差，当工作温度在180〜300C, 300〜600C两个温度区间时， 由于SiO2晶型转变，体积变化较大，所以耐急冷急热的能力很差。

由于热膨胀严重，在使用中炉盖往往出现上凸下凹现象， 为此砌筑时 相当麻烦（必须留膨胀缝）。对于碱性电炉来讲，硅砖的抗渣性差， 极易与石灰粉末作用。随着电炉热符合的提高，硅砖的耐火度低也成 为主要问题。硅砖炉盖使用寿命一般不超过 50炉。而且硅砖的熔滴 滴在炉盖上影响炉墙的使用寿命； 熔滴还会降低炉渣碱度，给精炼造 成困难。因而除酸性电炉外，碱性电炉炉盖已很少使用硅砖。

㈡高铝砖:

含AI2O3大于46%的硅酸铝质耐火材料称为高铝砖，它的原料

是高铝矶土矿。根据AI2O3含量分为三级。各厂大多采用一级高铝砖 或二级高铝砖。

高铝砖与硅砖相比，具有耐火度高、热稳定性好、抗渣性好和耐 压强度高等优良性能，我国矶土矿丰富，所以目前它是我国碱性电炉 炉盖用的主要耐火材料。

㈢碱性砖：

碱性砖是较新型的炉盖用砖。现在各国使用的碱性炉盖砖就其

材质而言有镁质、铬镁质、白云石质、镁铝质等。它们具有高的耐火 度和良好的抗氧化铁渣的能力，在苛刻冶炼条件下的使用性能比高铝 砖好，使用寿命长。但是因为变形厉害和成本高，所以还没有广泛采 用。目前主要用在炉盖的易损部位（电极孔、排烟孔、中心部） ，其

余部位仍用高铝砖。

㈣耐火泥

在砌制炉盖时用耐火泥与卤水或净水调和成耐火泥浆，其作用是

填充砖缝，使砌体具有良好的紧密性，防止气体通过，避免炉渣渗透。 耐火

泥有粘土质、硅质、高铝质和镁质等几类。它们的主要成分

和理化指标与相应的耐火砖基本相同。 使用时耐火泥应与耐火砖具有 相同的物理性质和化学成分，以保证砌体的强度及防止它们在高温下 互相侵蚀。

砌制高铝砖炉盖时用高铝质耐火泥，砌制硅砖炉盖时用硅质耐火

泥。铬镁砖一般采用干砌，因湿砌会使它在高温下粉化。

㈤耐火混凝土

这是一种新型耐火材料，它和耐火砖相比，具有制作工艺简单、

使用方便、成本低等优点，并且适于机械化制作形状复杂的制品。 电

炉一般使用高铝质熟料为骨料。以磷酸或磷酸铝作为胶结剂的磷酸盐 耐火混凝土。其耐火度可达1800C以上。

4.2.3炉墙、炉底用耐火材料

㈠镁砂：

主要成分是氧化镁（MgO >85%）,也含有少量的杂质（如 Si02 和CaO等）。氧化镁含量越高越好，杂质含量越低越好。含 Si02太

高将会降低其耐火度，含 CaO太高则易水解粉化。电炉使用的镁砂 是一级冶金镁砂。其成分如下：

㈡白云石：

主要成分是氧化钙和氧化镁，其成分如下:

Mg

O CaO SiO

2 FeO + AI2O3

35 52%〜 0.8 2%〜3% MgO SiO

2 Ca

O 灼烧

减量

< < <

87% 4% 5% 0・5%

% 58% %

白云石耐火度也在2000C以上，它能抵抗碱性炉渣的侵蚀，热稳定 性比镁砂好，但白云石易吸水粉化，因此尽量缩短白云石从烧成到使 用的时间。

㈢石英砂：

石英砂砌筑酸性电弧炉炉衬的主要材料之一，用来砌筑炉底和 炉坡，也用作酸性电弧炉的补炉材料。

纯的石英砂为水晶透明体，含有少量杂质时为白色，杂质越多 就越呈暗灰色，电炉用的石英砂大多是白色的。其成分如下：

㈣各种耐火 砖

粘土砖因耐火度和荷重软化温度低，故用作隔热砖，砌在靠近 炉壳的部位。在粘土砖的里面再砌筑镁砖或其它碱性砖。 铬镁砖和镁 铝砖由于原材料缺乏，价格较贵，用的较少。硅砖用于酸性电弧炉。

电炉炉墙和炉底用耐火材料的主要性能

名

称 牌

号 主要化

学成分

(不小

于) 耐火

度/c 荷重软

化温度

/c 显气

孔率

/% 常温耐

压强度/

(Kgf/cm2) 体积

密度/

(g/cm

3) 导热系数/

(KJ/

(m.h. C

))

SiO2 Fe

O AI2

O3

96%〜 1 1.3

97% % %