中美日韩等九个国家，出铁沟用耐火材料的应用发展都有哪些不同？
发布日期： 2020-05-18 11:52:02 阅读量（504） 作者：20世纪50年代，一般中小型高炉的出铁沟均采用粘土熟料、焦炭，以焦油结合的廉价材料，各铁厂自行人工捣打成型。这种铁沟衬的使用寿命比较短，通铁量小于1万t;从60年代起，为适应高生产能力大容积高炉的生产条件，开发出了具有优异的耐剥落性和耐侵蚀性的Al2O3-SiC-C(ASC)质耐火材料，使出铁沟的使用寿命显著提高;70年代后期以来，由于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，开发了品质优异、适应性广泛的多种不定形耐火材料;80年代以后，耐火材料技术发展的主要趋势是不断增加整体材料或不定形耐火材料，诸如浇注料的使用，其在许多国家的产量已超过总产量的一半，这得益于快速简便的筑造及其与定形制品相近的性能。以铝酸钙(CA)水泥结合的耐火浇注料是被广泛应用的整体材料。普通CA水泥结合的浇注料含大量CA水泥，这意味着施工时需要大量的水分，从而导致气孔率增加、机械强度降低。这些问题，连同水泥中CaO的熔剂作用使高温强度和抗侵蚀性降低，由此导致了使用添加微粉和分散剂的低水泥(LCC)、超低水泥(ULCC)、无水水泥浇注料以及用ρ-Al2O3作结合剂浇注料的发展。
20世纪90年代，铁沟耐火浇注料有了重大发展，主要表现在品种多样化，能满足现代化大、中、小型高炉出铁沟的需要;质量上有了较大提高，特别是烘干强度提高显著，其它性能也有明显改善。其主要技术措施是采用复合高效减水剂和超微粉，掺加金属硅等外加剂，严格控制骨料和粉料的质量及级配等。大型高炉出铁沟用耐火材料的烘干强度有较大提高，烧后线变化率一般呈膨胀状态，即使是收缩，其值也较小。其发展过程示于图1。
图1出铁沟用不定形耐火材料发展过程
目前，国内外高炉出铁沟用不定形耐火材料主要为Al2O3-SiC-C质，已有不少国内外耐火材料工作者对此材料的各种性能进行了研究，均取得了一定的效果。在铁沟材质方面采用此系统主要是因为Al2O3是一种对铁水和铁渣成分具有较强抗侵蚀性的氧化物，另外它在地球上的含量丰富，但单纯的Al2O3的热膨胀系数大，热膨胀性较大，抗热震性能差、耐剥落性差，因此基质部分易被熔渣渗透侵蚀和冲刷;而铁水及熔渣与C浸润性差，可有效改善其对材料的抗渗透性能，它可以以焦炭、石墨、沥青的形式加入;SiC具有高的热导率、低的热膨胀系数、很好的耐磨性以及高硬度、耐高温性，因此引入SiC可以增加铁沟料的抗氧化性、抗冲刷能力以防止渣向基质渗透，SiC主要应以颗粒和细粉形式引入。Al2O3、SiC、C三种材料组成一个系统，优势互补，可以充分发挥各自的特性，满足了高炉出铁沟操作条件的需要。
其它还有莫来石-碳化硅-碳质、镁铝尖晶石质、氧化铝-碳质、Al2O3-SiO2-SiC-C质、Al2O3-Si3N4-SiC等多种类型。
1)日本
日本大型高炉较多，温度高，流速快，次数频繁，时间长，出铁量大，同时渣量大。因此，出铁沟衬里工作条件恶劣，使用寿命较短。这就迫使日本在铁沟料方面加大研究力度，在材质和施工方法、施工机具方面的研究都比较广泛。因此日本在高炉出铁沟耐火材料方面的研究是居于世界领先地位。
20世纪60年代以前出铁沟料一般采用焦油结合利用廉价原料人工捣打成型，通铁量可以达到1万t;60年代以后，采用烧结纯氧化铝、电熔氧化铝、碳化硅、碳质料和粘土等以焦油或树脂结合配制成Al2O3-SiC-C质耐火捣打料，基本满足了通铁量在5万t的生产要求;70年代以后，出铁沟内衬的施工方法由人工捣打成型发展为机械捣打成型，喷补维修开始应用;70年代后期，日本新日铁公司、黑崎窑业公司和品川耐火材料公司等单位为了提高出铁沟衬里的使用寿命，改善施工操纵条件，开发了浇注施工法(N-Cast法)、芯模振动成型法(VF法)和芯模干式振动成型法(SVP法)，并代替了捣打施工法，在铁沟上得到了应用。80年代以后，抗侵蚀性良好的致密Al2O3-SiC-C质浇注料得到了发展，另外研制了一种添加金属铝粉的抗爆裂出铁沟浇注料，缩短烘烤时间大大缩短。为了排除加铝粉浇注料因氢气爆炸产生的孔洞现象，又研制出了用有机气体发生剂代替铝粉的抗爆裂出铁沟耐火材料。
近些年，日本又研制了一种在生产厂预混合、以泥料态直接送到高炉炉前施工现场浇注热硬性的无搅拌Al2O3-SiC-C质浇注料，它的优点是改善了劳动环境，减轻了筑衬的作业量。目前，为了提高浇注体的均匀度，减轻工人的劳动强度，日本研制出了自流浇注料。当前，除在部分小型高炉出铁沟上仍使用矾土-SiC-C质捣打料外，日本几乎所有的高炉出铁沟均使用Al2O3-SiC-C质浇注料，不修补时的通铁量已超过10万t。日本还研制了喷补料，出铁沟内衬经过修补和喷补后，通铁量可以达到50万t以上。
另外，日本把Al2O3-MgO质浇注料用在了一些脱硅的主出铁沟上，因为浇注料中的MgO可以阻止熔渣渗入耐火材料中，使用性能比较好。表1列出了日本出铁沟用不定形耐火材料的理化性能。
表1日本出铁沟用不定形耐火材料的理化性能
2)韩国
韩国在出铁沟耐火材料方面引进了日本、英国等国的先进技术，能够生产各种类别、适应出铁沟不同部位的各种性能的耐火材料，其性能列于表2中。
表2韩国出铁沟不同部位的系列耐火材料的理化性能
中小型高炉的出铁沟内衬，一般也是使用捣打耐火材料或利用预制件，因为它7们受到施工空间小和出铁间隙短等条件的限制。大型高炉主出铁沟的渣线部位采用SiC含量大(SiC>34%)的Al2O3-SiC-C系列浇注料，铁线部位采用Al2O3含量较大(Al2O3>65%)、SiC含量较低(大约15%)的系列浇注料。另外为了延长出铁沟使用寿命，降低耐火材料的消耗，出铁沟还采用Al2O3-SiC-C质喷补料进行修补。
韩国生产的出铁沟耐火材料具有下列特性：(1)用水量少，易于施工;(2)体积稳定性较好;(3)容易和出铁沟残衬相结合;(4)干燥、烘烤时间极短;(5)安装方便、迅速;(6)节约劳动力;(7)需要施工空间小;(8)耐火材料的性价比高。
3)法国
法国的高炉出铁沟一般也采用Al2O3-SiC-C质捣打料，该料中加入了叶腊石，它在高温下膨胀可抵消捣打料的部分收缩，以保持衬里体积的稳定性。法国拉法基不定形耐火材料公司推出了自流浇注料，使主铁沟工作衬的寿命有所提高，平均通铁量由9.5万t提高到12万t。除主沟以外，分沟和渣沟亦采用类似的浇注料修筑，使用效果亦佳。沟盖使用捣打料或浇注料，并用高级材料喷补。其性能对比列于表3。
表3法国出铁沟用自流和振动浇注料性能比较
德国中小型高炉出铁沟一般采用化学结合Al2O3-SiC-C质捣打料，采用掺有碳化硅的材料建造中小型高炉出铁沟衬里寿命比未掺加碳化硅的提高1~2倍。另外，高炉出铁沟采用快硬泥料做衬里时，因为硬化剂能促进焦油中所含的酚和胺参与反应，从而提高泥料的凝固性，使用效果较好。大型出铁沟衬里，一般采用化学结合的SiC-C-刚玉-莫来石质捣打料，有时加入Si3N4增强抗氧化性、耐磨性和耐侵蚀性。近年来，德国也重视国外技术，引进和开发了出铁沟用Al2O3-SiC-C质浇注料和干式振动料，其理化性能列于表4：
表4德国出铁沟用耐火材料的理化性能
5)美国
美国大中型高炉出铁沟最常用的是碳砖衬里加保护层的构造形式，应用十分成功。碳砖大块分沟底砖和沟壁砖两种。为防止碳砖氧化，一般用碳砖砌完出铁沟以后，采用不定形耐火材料做保护层。
美国近年来也加大了出铁沟耐火材料的研究力度，相继研制出了高炉出铁沟用捣打料、振动料和浇注料，其中Al2O3-SiC-C质浇注料的使用效果最好，主沟的通铁量达15万t，若按计划修补，通铁量可达40万t。
6)前苏联
前苏联的彼得罗夫斯克厂在1033m3的高炉出铁沟上采用捣打料做衬里，配比为：耐火粘土25%，核桃焦25%，废方镁石尖晶石砖粒40%，沥青10%，另外加适量的纸浆废液。首先，用上述配比材料制成不烧砖砌在铁沟非工作衬上，然后再用该料捣打铁沟工作衬。这种出铁沟衬里寿命为40d，但工作层每2~3d就得进行小修一次。但因沥青、焦油结合剂中含有有毒挥发份，生产过程中将造成环境污染，因而开发了一种使用新型复合结合剂的无毒含碳捣打料。这种捣打料中的一些成分和气体介质在使用过程相互作用，生成氮化硅、氧氮化硅以及Sialon类似化合物物，提高了捣打料的密度和强度，使用效果很好。这种捣打料的性能见表5。
表5前苏联出铁沟用捣打料的理化性能
最近俄罗斯在炼铁高炉出铁沟上使用了触变性耐火浇注料。另外也开发了超低水泥结合的Al2O3-SiC-C质浇注料。为了防止SiC和C的氧化，在Al2O3-SiC-C质浇注料中加入了0.1%~5.0%的B4C或BN，从而在1000℃以上时与氧反应生成B2O3，从而B2O3与Al2O3、SiO2反应生成B2O3-SiO2-Al2O3系玻璃体，覆盖于出铁沟耐火材料的表面，阻止空气向耐火材料内部渗透，保护了其中的SiC、C免于氧化，因而可提高耐火内衬的使用寿命。
7)巴西
巴西推出了供高炉主出铁沟用的超低水泥Al2O3-SiC-C质浇注料，经过为期21d的沟龄使用，在蚀损严重的部位作了使用对比，在1515℃的铁水温度下，普通低水泥浇注料蚀损6mm/kt铁水，而第二代低水泥浇注料仅为3.5mm/kt铁水。
8)罗马尼亚
罗马尼亚的高炉主出铁沟内衬工作层过去沿用焦油结合捣打料，安全衬用粘土捣打料，在安全衬外层紧挨出铁沟钢壳处砌筑一层高铝砖。这种结构的出铁沟耐火材料消耗过大，在通铁量达到10000~15000t时就需要更换工作衬。
罗马尼亚现在在出铁沟上采用厚度为70~80mm碳质捣打料代替粘土捣打料，在捣打料中埋设直径为19mm的风冷却管，工作衬采用超低水泥结合的Al2O3-SiC-C质浇注料，其性能指标见表6。
表6罗马尼亚出铁沟浇注料的理化指标
9)中国
中国在20世纪70年代以前，高炉出铁沟内衬主要是采用沥青做为结合剂的捣打料。当时主沟料整体技术水平较落后，仍然以中、低档捣打料为主，通铁量水平低，材料消耗大，劳动强度高是我国主沟料的总体现状，这是由我国现实情况决定的，我国小型高炉很多，全国高炉3200多座，大于1000m3的有50多座，100~1000m3的有190余座，其余均小于100m3，93%都是单出铁口或双出铁沟的小型高炉。到了80年代后期，我国研制出了Al2O3-SiC-C质超低水泥耐火浇注料，并在2050m3高炉主铁沟上成功使用，可连续使用11~13d，通铁量为4.0~4.5万t。其实大、中型的铁沟料水平并不低，例如以宝钢为代表的大型高炉，无论在单沟通铁量，还是耐材消耗都已接近世界先进水平。
目前，在我国大、中型高炉出铁沟内衬上主要采用Al2O3-SiC-C质浇注料，使用条件和使用部位的不同，浇注料的档次也不同，有分别以电熔致密刚玉、电熔棕刚玉、烧结氧化铝等为骨料的高、中、低档浇注料。中小型高炉出铁沟的砌筑因受场地、设备等条件的限制，也还有使用捣打料或预制件的。中国的高炉出铁沟用各种耐火材料的理化性能见表7。
表7中国高炉出铁沟用耐火材料材料的理化性能
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