我国高炉及熔融还原炼铁用耐火材料的技术进步
柴俊兰程庆先
中钢集团洛阳耐火材料研究院耐火材料杂志社
摘要：对国内目前高炉炼铁系统如高炉、热风炉、干熄焦设备等及熔融还原炼铁用耐火材料的状况进行了概述，列举了我国几大钢铁公司如宝钢、武钢、鞍钢等炼铁用耐火材料的品种、性能指标，指出了目前炼铁用耐火材料存在的问题，就今后炼铁用耐火材料的研发重点提出了建议。
一、炼铁技术进步
近几年，国内钢铁工业紧跟世界先进技术步伐，取得了较大的的技术进步，炼铁高炉朝着大型化、高效化和长寿化发展，逐步采用富氧喷煤、高风温操作、高压炉顶等新的冶炼技术。新建高炉的一代炉龄朝着15～20年的目标发展，采用了多种高炉长寿技术。为适应这一发展，高炉用耐火材料也有了较大的变化，各种长寿命新型、高效耐火材料逐渐被开发应用。另外，熔融还原炼铁具有节能、减少环境污染、缩短工艺流程、生产灵活性大等优点，受到广泛关注，世界各国已开发出了各种熔融还原炼铁法，估计在近些年，这种炼铁法将部分取代高炉，其所用的耐火材料也将得到发展。
二、高炉炼铁系统用耐火材料
1．高炉用耐火材料
1.1 炉身上部至炉口以下部位用耐火材料
高炉炉身上部一般使用粘土砖，中部使用高铝砖、刚玉砖。在炉喉处直接使用钢砖，炉喉下至炉身上部多采用Al2O3含量45%～60％铝硅质材料;也有采用双层结构的，即内衬采用60％Al2O3的高铝砖，背部衬以Al2O3含量４５％的致密粘土砖或SiC砖。20世纪80年代国内研制并在高炉上使用了Si3N4结合SiC砖，使大型高炉炉龄提高到8～10年。此外，还开发生产了性能优良、成本低的不烧Al2O3-C和烧成Al2O3-C砖，宝钢新建的3#高炉炉身中上部使用了堇青石结合硅线石砖。鞍钢新1#高炉炉身中上部采用球墨铸铁满镶SiC 砖冷却壁。
随着高炉内衬喷补技术的发展,实现该部位内衬长寿已不存在问题。
1.2 炉身中下部、炉腰、炉腹用耐火材料
这个部位使用的耐火制品有：粘土砖、高铝砖、刚玉砖、Si3N4结合ＳｉＣ砖、热压半石墨砖、硅线石砖、铝炭砖等。同时，为了延长炉腹、炉腰和炉身下部内衬的寿命，开发生产了半石墨碳-SiC砖。开发的Sialon结合SiC砖在高炉炉身下部和冷却壁的使用效果良好。
国内耐火材料生产企业对高炉用SiC系列耐火砖（包括自结合SiC砖，Si3N4结合SiC砖、Sialon结合SiC砖）具有较高的制造水平，产品有较好的技术性能，基本能达到一代高炉使用寿命的要求，近几年新建的大型高炉都已经使用国产的SiC制品。同时，Sialon结合刚玉砖也在高炉上应用。但是，在高炉炉身上配合铜冷却壁使用的高导热性砖，如石墨—SiC砖，半石墨砖、石墨砖还需要进行国产化研究。
由洛阳耐火材料研究院自行研制并生产的高炉中段用SiC砖（火泥）及刚玉砖的性能指标见表1。
表1 洛耐院自行研制并生产的高炉中段用SiC砖和火泥及刚玉砖的性能指标
项目Si3N4结合
SiC砖Sialon结合
SiC砖
非水系SiC火泥Sialon结合
刚玉砖
SiC， % ≥72 70 85 80（Al2O3）Si3N4， % ≥20 5（N）5（N）Fe2O3， % ≤0.7 0.7 0．8 0.7
体积密度，g/cm3 ≥ 2.65 2.65 3.1 显气孔率，% ≤16 16 16
常温耐压强度，MPa ≥150 150 120
抗折强度， MPa
≥
常温42 42 16（110℃,24h）
10 （1300℃,3h）
（抗折粘结强度，MPa）
12 1400℃,0.5h 45 42 20
荷重软化温度，℃＞
(0.2MPa,0.6%)
1700 1700 1700
抗热震性，次≥
（1100℃，水冷）
30 30 30
应用高炉炉身下部、
炉腰、炉腹高炉炉身下部、
炉腰、炉腹
砌筑Si3N4结合及
Sialon结合SiC砖
陶瓷杯及炉腰、
炉腹
除了SiC制品外，国内利用矾土资源和石墨资源丰富的优势开发了烧成和不烧高炉铝炭砖，该砖的性能与Si3N4结合ＳｉＣ砖相近，完全可以满足炉身下部内衬的要求，已在国内中型高炉上推广应用。
另外，一些钢铁公司如柳钢等还在高炉炉身采用由炉壳、冷却系统和浇注料预制块组成的水冷模块系统取代传统的插入式水箱和砖衬系统，所用炉身水冷浇注料预制块的组成为：Al2O357.6%，CaO 1.06%,Fe2O3 1.47%。
1.3 炉缸和炉底用耐火材料
传统炉缸用耐火材料为炭素材料。新型耐火材料有焙烧炭砖、热压炭砖、微孔炭砖、超微孔炭砖、Ｃ复合ＳｉＣ砖、半石墨化自焙炭块等。普通炭砖气孔径为４～５μｍ，微孔炭砖为0.5μｍ,超微孔炭砖为0.02μｍ。微孔和超微孔炭砖的机械强度、抗铁水渗透以及高温性能都高于普通炭砖。这一类的耐火材料国内也有生产，但性能指标，尤其是微孔尺寸达不到国外产品的水平。
“陶瓷杯”技术逐步在高炉上推广应用，采用自焙炭块、刚玉莫来石砖、刚玉砖等构成“陶瓷杯”，可提高出铁温度约１０～２０℃，减少铁水渗透，防止炭砖脆化，高炉寿命得到显著提高。
陶瓷杯用砖仍然以法国SAVOIE公司的产品为主，国产的刚玉莫来石砖、复合棕刚玉砖、微孔刚玉砖、塑性相结合刚玉砖质量与进口产品不相上下，都已在高炉上得到了应用。武钢准备建设的6#高炉（3200m3）的设计中也采用了陶瓷杯结构。
武钢5#高炉炉缸采用微孔炭砖，炉底用半石墨炭砖，预计寿命可达到15年。鞍钢新1#高炉采用水冷碳砖薄炉底、炉缸结构，引进1层日本NDK微孔碳砖和炉缸环壁微孔碳砖，其平均孔径＜0.2 μm，热导率＞14W·(m·K)-1，国内配套1层石墨碳砖，3层半石墨碳砖，并配合法国陶瓷杯以及复合棕刚玉为材质的盖面砖、风口大块组合砖。另外，首钢、本钢等大型高炉先后引进美国ＵＣＡＲ公司的热压炭砖，取得了令人满意的效果。
高炉风口以前使用粘土砖或硅线石砖,因考虑到抗碱性,已改用SiC砖、复合棕刚玉组合砖或Sialon结合
