高炉陶瓷杯用耐火材料

20世纪80年代初，法国Savoie耐火材料厂在德国蒂森钢公司高炉上开发并安装了一种新型复合式炉衬，即称之为“陶瓷杯”。随后这一新技术在世界各国得到了广泛应用。陶瓷杯的主要特点是用低导热的陶瓷材料，将1150℃等温线阻滞在陶瓷层中，使碳砖避开800~1100℃的脆性断裂区，由于陶瓷杯的存在使铁水不直接与碳砖接触，从结构设计上缓解了铁水及碱金属对碳砖的渗透、冲刷破坏；同时所用的莫来石、棕刚玉等都是低导热的陶瓷材料，具有较高的抗渗透性和抗冲刷性。

陶瓷杯技术的优点有：

（1）防止铁水渗透；

（2）减轻铁水环流冲刷(与合理的死铁层深度配合）；

（3）提高铁水温度（18~25℃）和炉缸抗热震性。由于陶瓷杯具有上述优点，因此国外许多新建或大修高炉采用了这种新型结构。

陶瓷杯结构如图所示，炉底下端为循环水（或油）冷却系统，冷却管埋入炭捣层内。当冷却管安装在炉底封板上面时，为了防止管路事故，水泄漏后损坏碳砖，可以采用油为炉底冷却介质。而当冷却管安装在炉底封板下面时，一般采用循环水冷却，也可采用风冷炉底。炉底砌体的下部为垂直或水平砌筑的碳砖，碳砖上部为莫来石砖。热力学计算表明：高导热性材料与低导热性材料的最佳厚度比为2~2.5。为了维持这种比例关系，莫来石砖层数为1~2 层。炉缸壁是由通过一厚层灰缝分隔的两个独立的圆环所组成，外环为碳砖（一般为碳砖或微孔碳砖），内环是刚玉质预制块。铁口区域径向砖厚度被加大。铁口中心线至炉底砖上表面的距离，即通常所说的死铁层深度，一般取为炉缸直径的20%。

采用陶瓷杯来保护炭块的热面，其意图是使熔融铁水与炭块隔开。其次陶瓷材质可使炉壁绝热，因而降低热损失。

基于上述原因，在炉缸内衬采用陶瓷杯材质技术不仅是可能的，而且是可行的。这为大多数高炉的实践所证明。

因此，对陶瓷杯用的耐火材料要求具有如下性能：

1、良好的抗铁水熔蚀性能，杯壁上部良好的抗渣侵蚀性能；

2、良好的抗铁水、渣液冲刷性能；

3、在高温状态下，残存线变为零或稍正；良好的抗CO侵蚀能力；良好的抗碱侵蚀能力；

4、良好的在受压状态下由热膨胀引起的应力的适应能力；良好的抗热震能力。

最近开发并研制出的低粘结剂含量的刚玉预制块，由于具有较小的气孔，而且气孔分布变化非常小，因而具有较强的抗热震能力。与莫来石砖比较，刚玉预制块具有更好的抗渣蚀能力，所以，它适合用在陶瓷杯壁的上下部区域。

除此之外，能够充分满足前述特性的要求、已被应用或可能被应用于陶瓷杯的耐火材料还有合成莫来石结合的白刚玉砖和Sialon结合的黑刚玉砖。前者已长期应用在许多高炉的各个部位，后者由于其综合性能的改进，特别适用于炉腹、炉腰及炉身下部，同时，也成为陶瓷杯的首要原料。

我国首钢的设计、科研、生产、制造等部门共同和法国专家进行了多次技术交流，经过论证，最后决定在首钢’ 号高炉大修改造中应用陶瓷杯技术。图1是首钢1号高炉陶瓷杯砌筑结构，下表是陶瓷杯资料的理化性能。

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