高爐用耐火材料之炭磚介紹

高爐用耐火材料之炭磚介紹

自20世紀50年代以來，由于碳磚的高導熱性、低潤濕性、低滲透性等特點，煉鐵高爐爐底、爐缸均大量采用碳質耐火材料，部分高爐的腰、下段也采用碳質耐火材料。使用炭化耐火材料后，高爐的爐役明顯延長，爐底、爐缸燒損事故較少。然而，隨著高爐大型化和強化冶煉技術的應用，襯里材料的工作條件越來越差，對襯里材料提出了更高的要求。

通過對高爐炭磚腐蝕情況的研究，提高其使用壽命的主要途徑有：

(1)高爐不同部位使用不同質量的碳磚。如圖2所示，中國上海寶山鋼鐵有限公司的4063m3高爐采用日本電極有限公司的成套高爐炭磚，共有5種型號。一碳化硅磚(GB1)和石墨塊(BC6)爐底和爐缸的一部分采用耐堿性較高的BC5碳磚，在爐缸上部采用導熱性高的G11炭磚，爐底鍵槽用耐磨性高的KC6磚；

(2)生產導熱性高、耐堿性強、滲透性低的微孔炭磚。為了提高碳磚的導熱性和耐堿性，配方中可以使用電鍛無煙煤作為主要原料，并添加適量的石墨粉碎、二氧化硅、碳化硅或純硅等添加劑；

(3)為減少砌筑時的間隙，爐底炭磚應盡可能大。必要時，爐底炭磚應浸泡一次，以提高炭磚的體積密度，降低孔隙率；

(4)爐缸炭磚除傳統擠壓成型的大型炭磚外，采用高溫模壓炭磚也是延長爐缸壽命的有效途徑。

用電鍛無煙煤制成的半石墨炭磚、少量碳化硅碳化硅炭磚，再加入碳化硅、碳化硅、氧化鋁后制得的微孔炭磚、高溫熱壓炭磚、振動成型工藝生產的碳化硅碳磚，再經振動成型工藝生產的不烘烤，并在出廠前不烘烤，加入高爐后用烘烤爐和初熱烘烤形成整體炭磚。

用無煙煤作為生產高爐炭磚的主要原料，由于產品的原料來源不同，產品的灰分和揮發分不同，需要在豎爐內進行熱處理，其它原料有人造石墨和特殊的外加物(金屬和氧化物粉)等，結合劑是脫水瀝青等。

普通高爐炭磚是如何損壞的？

采用普通高爐炭磚、無煙煤(鍛燒溫度1250℃左右)為主要原料，在砌體熔煉強度不高、容積1000-2500m3的中型高爐中添加一定量的冶金焦和石墨粉。坯料經擠出成型后，在烘焙爐中烘烤，溫度應達到1100℃以上。烘焙后，根據用戶提供的圖紙，用銑床和刨床進行機械加工。在工廠中，加工過的炭磚應預先安裝并檢查相鄰塊間的間隙。

碳耐火材料耐火、導熱性好、熱穩定性好、線膨脹系數小、高溫強度高、耐磨性好，耐各種酸、堿、鹽及有機溶劑的侵蝕，不易被熔渣、鐵水的侵蝕，但在氧化氣氛下容易氧化。碳制品的生產過程與其它耐火制品大體相似，但生產碳制品時，必須防止高溫下碳氧化。

原料煅燒和產品焙燒應在還原氛圍下進行。在使用前，無煙煤應進行鍛燒，以排除揮發性、硫化性和水分，提高其體積穩定性、機械強度和抗氧化性。焦炭應先干燥，以免因含水量過高而造成成形成困難，烘焙過程中產品開裂。瀝青也應加熱脫水。

普通高爐炭磚是如何損壞的？

為了提高高爐的生產效率和節能，碳磚的腐蝕與質量得到了改善。碳磚損壞的主要原因如下:

(1)熔和渣(含大量堿金屬)對炭磚的滲透性和腐蝕性。隨著高爐出鐵效率的提高，鐵水中碳的不飽和度增加，鐵水和碳磚的反應加劇，鐵水不斷滲透到碳磚的氣孔和碳磚之間的間隙中，碳磚的構造變得疏松熔化，鐵水和熔渣中的堿金屬氧化物也與碳磚反應，形成脆化層，產生龜裂，碳磚的強度下降

(2)鐵水、熔渣和煤氣對碳磚的機械沖刷；

(3)由于普通炭磚導熱性不高，高溫下產生的熱應力導致炭磚開裂，開裂逐漸擴大到完全斷裂；

(4)煤氣中的CO2和水蒸氣氧化碳磚。以上四個原因中熔融的鐵水和渣對碳磚的滲透和侵蝕，以及熱應力的破壞，是高爐碳磚損壞的主要原因。

在生產過程中，各種原料按規定成分混合，在加熱狀態下混合，壓制成型，然后在隔離空氣的還原氛圍中烘焙，去除揮發性物質，使其再次加熱時體積穩定。

YB2804-1991冶金工業標準規定了高爐普通炭磚的理化指標，并對其尺寸允許偏差和外形質量作了相應規定。如果普通炭磚用煤瀝青浸泡一次，普通炭磚的體積密度和機械強度可以明顯提高，稱為高密度炭磚。降低高密度炭磚的孔隙率可以降低鐵水或熔渣的滲透率。用來砌筑滿鋪爐底或非強化冶煉的高爐襯里。

高爐自烤炭磚是什么？

自烤炭磚是我國煉鐵和炭素生產人員經過多年的艱苦探索，研制出的一種獨創的炭質耐火材料。本發明采用無煙煤為骨料，鍛燒無煙煤、焦炭混合粉為細粉，以中溫煤瀝青為粘結劑，在一定溫度下混合均勻，采用高頻模壓振動成型，外形尺寸精確，物理化學性能特殊。其特點是耐高溫、導熱性能好、高溫強度高、抗鐵渣腐蝕和價格低廉。

自烤炭磚在生產和使用中有以下特點:

(1)生產工藝簡單，投資成本低，施工方便；

(2)外形規則，無需精密加工即可砌成所需爐襯；

(3)烘爐和高爐生產過程中的熱量烘烤后，可形成接近無縫的整體襯里；

(4)在烘焙過程中(單面加熱條件)，煤焦油瀝青揮發物反向移動，在工作熱端基質孔中產生熱解碳，填充氣孔，使磚自行致密；

(5)能吸收爐襯加熱時產生的溫度應力，減輕熱應力對爐襯的破壞；

(6)在爐內高溫渣鐵等介質的催化作用下，產生非均質石變化，提高爐襯的熱傳導性和耐化學腐蝕性，使1150℃的鐵水凝固等溫度線向爐內移動。

由于自烤炭磚的特性和爐內質量變化，終提高了爐襯的穩定性和耐久性，使自烤磚在中小高爐中得到廣泛應用，取得了良好的技術經濟效果。大型高爐采用半石墨自烤炭磚，可降低鐵水熔融指數，提高導熱性，提高耐堿腐蝕性，增強抗氧化性，改善耐沖刷磨損性，減少殘留收縮。

半石墨高爐炭磚

半石墨碳磚的主要特點是以高溫電鍛燒無煙煤為原料，電鍛燒溫度可達1500-2000℃，使無煙煤進入半石墨化狀態(電阻率比一般鍛燒無煙煤低50%以上)，生產時半石墨碳磚一般不以冶金焦為粉料，而以磨碎石墨碎(石墨電極廢品或加工時的切削碎屑)為粉料，這種半石墨碳磚的導熱性能明顯提高，而且耐堿金屬鹽的腐蝕性能也比普通碳磚好得多，有逐步取代普通碳磚的趨勢。

由于過去普通碳磚的主要缺點是導熱性低(一般為2~5W/(m·K)，耐堿性差，半石墨碳磚開發過程中首先要解決導熱性和耐堿性低的問題，其次要進一步提高其抗氧化性和耐鐵水的熔化性。因為提高其相關性能的關鍵因素是原材料的質量，所以有必要從原材料的選擇、制備甚至后續的生產過程中進行研發和改進。

國產半石墨炭磚與日本BC-5半石墨炭磚相比，具有相當的熱導率、抗堿性和鐵水腐蝕性。德國半石墨碳磚在600℃時的熱傳導率可達18.04W/(m·K)，優于普通國產半石墨炭磚，其它性能相當。而國內某公司的半石墨炭磚在熱導率、微孔指數等方面均優于德國同類產品。

碳質耐火制品是以碳素為主要組分，以焦炭(包括冶金焦、石油瀝青焦等)為原料，以石墨或熱處理的無煙煤為原料，以碳質有機材料如焦油、瀝青等為結合劑的產品。這種產品包括碳磚、石墨人造石墨和半石墨碳磚，主要由焦炭或無煙煤組成。

碳制品的使用條件、技術要求和原材料特性是選擇原材料和比例的重要依據。在配方中，原材料必須根據原材料的不同特性和對產品的要求進行選擇。碳原料的特性比較如下:
熱傳導。
石墨>無煙煤>焦炭；
氧化。
焦炭>無煙煤>石墨；
鐵水溶解。
石墨>焦炭>無煙煤；
與堿的反應。
焦炭>無煙煤>石墨；
高溫體積穩定性。
石墨>無煙煤>焦炭。
半石墨高爐炭磚用于砌筑強化冶煉高爐下部和爐缸上部。目前YB4037-1991行業標準規定了其理化指標，還規定了尺寸允許偏差和外觀質量。