刚玉砖
镶 堇 青 石 Sialon 结合 石 墨 砖 + 石 墨 砖 + 结 合 硅 线 SiC 砖 Sialon 结合 Sialon 结合
石砖
SiC 砖 SiC 砖
炉身上部
致密粘 土砖
致 密 粘 土无 砖
硅线石砖 Si3N4 结 合 Si3N4 结 合 SiC 砖 SiC 砖
炉喉钢砖下部 硅线石砖 水冷板 水冷板 水冷板 水冷壁 水冷壁
度波动、初成渣的侵蚀、碱金属、锌的侵蚀、高温煤气流的冲刷、下降炉料的磨损、二氧化碳、水的氧化、一氧化碳的侵蚀等，要
求耐火材料热震稳定性好、耐高温、抗碱性好、抗胡渣侵蚀能力强、抗氧化、耐磨、导热性号。曾用于该部位耐火材料有高铝砖、
刚玉砖、铝碳砖、SiC 砖、Si3N4 结合 SiC 砖、Sialon 结合 SiS 砖、热压石墨碳砖、半石墨碳-碳化硅砖、Sialon 结合刚玉砖等。迄今 为止，还没有找到一种完全能够满足这个部位工作条件的耐火材料。目前这个部位所以能持续工作十年以上，主要是靠控制边沿气
≤20 ≥60
≥1600 +0.1
≥70
≤1.0
刚玉莫来石质 ≥3.35
≤18 ≥55 ≥20 ≥1650 ≤1.0 ≥2.25
≥88
≤0.3
国外新建及新近大修的大型高炉炉底、炉缸结构形式主要有以下几种：在炉底炭块上砌陶瓷垫材料，炉缸采用热压小块碳砖；典型
的陶瓷杯结构，炉底碳砖上砌莫来石砖，炉缸侧壁砌筑刚玉质大型预制块或塞隆结合刚玉砖，炉缸砌筑优质碳砖或微孔碳砖；炉底、
化碳和水的氧化。用于这个部位的耐火材料有：刚玉砖、铝碳砖、热压半石墨碳砖、SiC 砖、Si3N4 结合 SiC 砖、Sialon 结合 SiC 砖、 Sialon 结合刚玉砖。现在 SiC 系列砖表现出了较长的使用寿命。
（3）炉腰和炉身下部
炉腰的炉身下部是高炉软熔带根部所在位置，这里温度高，但形不成渣皮或形不成稳定的渣皮“自我保护”。耐火材料经受剧烈的温
材质 刚玉砖
体 积 密 度 显气孔率 抗压强度 抗折强度 热导率/
/(g/cm3) /%
/MPa /MPa [W/(m·K)]
≥3.2
≤15
≥55
≥20
化学成分/% w(Al2O3) w(SiC) ≥85
w(F.C)
Si3N4 结合 SiC 砖 ≥2.6
≤16
≥170 ≥40
≥70
Sialon 结合 SiC 砖 ≥2.65
由于高炉容积越大，压力大，铁水的出铁冲击力也大，对沟衬的冲刷和磨损也增加，骨料的材质档次也要求越高，一般选择为致密
刚玉、亚白刚玉、棕刚玉中的一种或复合使用。在此基础上，适当配入碳化硅、碳质材料、高铝水泥、超微粉、外加剂等制成低水
泥浇注料。重视用后耐火材料再利用研究工作，利用废弃物的铁沟料再生 ASC 质材料，这不仅节约国家的矿物资源和能源，也减少 了环境污染，大大降低了耐火材料的成本，这也是未来几年铁沟浇注料和炉前应用的发展方向和趋势。
炉缸耐火材料主要采用大块碳砖，石墨碳化硅砖和大块碳砖的主要技术性能见表 2.关键部位采用微孔或超微孔碳砖，炉底碳砖上砌
1~2 层陶瓷砖。
表 2 普通大块碳砖和石墨碳化硅主要技术性能
材质
体 积 密 度 显 气 孔 抗 压 强 抗 压 强 热导率/ 化学成分/%
/(g/cm3) 率/% 度/MPa 度/MPa [W/(m·K)] w(SiC) w(F.C) Ad
碳砖
陶瓷杯 碳砖
碳砖
热 压 小 块超 微 孔 碳热 压 小 块热 压 小 块
碳砖
砖
碳砖
碳砖
风口
硅线石砖
子结合 SiC 热 压 小 块 刚 玉 预 制 硅线石砖 硅线石砖
砖
碳砖
块
炉腹、炉腰 刚玉砖
刚玉砖
镶 b-Al2O3 Sialon 结合 石墨砖 结合 SiC 砖 刚玉砖
石墨砖
炉身下部~中部 刚玉砖
目前，世界各国选用沟衬耐火材料、沟的结构方式、施工方法都各有不同，但现在最普遍的高铝出铁沟的工作层主要采用氧化铝、
碳化硅、碳素组成的材料。根据高炉的规格和出铁口数量其主沟料又各有不同。
在大中型高炉主沟上，主要为水泥结合浇注料，以纯铝酸钙水泥作为结合剂。根据高炉规格和使用部位的不同所选择的材质也不同，
火材料有粘土砖、高铝砖、硅线石砖、刚玉砖，国外也有用 SiC 砖和浇注料的。现在一些大高炉炉身上部有采用冷却壁来代替耐火 砖的趋势。
日本新日铁在高炉上的实验表明：SiC 砖用于炉身下部，其蚀损速度最慢。炉身中、下部铝碳砖的热导率、抗碱性、透气性及抗压 强度仅次于 SiC 砖，优于其他耐火材料，而抗氧化性、抗热震性及抗铁水熔蚀性比 SiC 砖好。炉身上部及炉喉部，破损调查证明： 高铝砖和粘土砖抗碱性很差，而且抗渣性、导热性、热震稳定性均很差，不适合高炉。
目前，宝钢运行的 4 座高炉中，1 号和 2 号高炉均为大修后的第二代。每座高炉的建设或大修改造设计都曾对使用寿命提出过不同 的要求：1~3 号高炉设计时分别提出了 8、10、12 年的一代炉龄寿命目标；到 1 号高炉大修时则提出 12~15 年；在 4 年高炉建设和 2 号高炉大修时又提高到 18~20 年。一代炉龄的单位炉容产量目标从目前的 1.3×104t/m3 提高到 1.6×104t/m3 以上，达到世界先进水平。 为实现高炉一代炉龄寿命目标，宝钢采用了内衬耐火材料的不同设计配置，且适应于高炉的冷却方式。每座高炉的耐火材料和冷却
火材料炉衬的径向温度梯度。
表 1 陶瓷杯耐火材料主要物理性能
材质 莫来石质
体 积 密 度 显 气 孔 抗 压 强 抗 压 强 荷重软化 重烧线变 热导率/ 化学成分/% /(g/cm3) 率/% 度/MPa 度/MPa 温度/℃ 化率/% [W/(m·K)] w(Al2O3) w(Fe2O3)
≥2.50
≤16
≥170
≥16
≥70
Sialon 结合刚玉砖 ≥3.15
≥120
≥80
石墨砖
≥1.75 ≥15
≥30
≥17
≥100
灰分≤0.25 ≥95
（4）炉身中部和上部 炉身中部的温度较炉身下部低，一般选择高铝砖、刚玉砖和碳化硅。炉身上部温度较低，耐火材料主要受到炉料的磨损和冲击，上
升煤气流的冲刷以及碱金属、锌和碳沉积的侵蚀。这个部位要求耐火材料耐磨、抗碱性能好以及拥有较好的热震稳定性。选用的耐
高炉各部位使用的耐火材料
（1）炉缸
炉缸的主要作用之一是安全地容纳铁水，炉缸耐火材料在温度大于 1500℃时，必须保持足够的稳定。因而炉缸炉底部位要选用抗铁
水渗透、熔蚀性好、抗碱金属侵蚀、导热性好的炭砖，可用热压小块碳砖取代大块碳砖，或在碳砖上面砌筑陶瓷环，陶瓷杯材料主
要技术性能碱表 1。另外，半石墨产品已经用于炉缸、炉墙。半石墨砖具有较强的应力吸收特性和较高的导热性，可以大大减少耐
方式配制见表 4. 表 4 宝钢高炉的冷却方式及耐火材料配置
项目
1 号高炉 2 号高炉 3 号高炉 1 号高炉 4 号高炉 1 号高炉
（第 1 代） （第 1 代）
（第 2 代）
（第 2 代）
炉容/m3
4063
4063
4350
4063
4747
4706
投产时间
1985.9
1991.6 1994.9 1997.5 2005.4 2006.12
Vd
普通碳砖 ≥1.5
≤20.0 ≥35 ≥8
≥90
≤8.0 ≤1.0
石墨 SiC 砖 ≥1.9
≤19.0 ≥35 ≥7
≥20.0 ≥20.0 ≥50
（2）风口区和炉腹
风口区和炉腹是高炉内温度最高的区域。风口前产生的高温煤气以很高的速度上升，其温度在 1600℃以上。1450~1550℃的高温铁
水和炉渣经炉腹流向炉缸，各种冶金反应在这个区域剧烈进行，这个区域要求耐火材料耐高温、耐炉渣的侵蚀、抗碱性好、抗二氧
流和强化冷却。相对来说，铝碳砖、SiC 砖、Si3N4 结合 SiC 砖、Sialon 结合 SiS 砖、Sialon 结合刚玉砖等有较好的使用效果。如果 能保证足够强的冷却系统配置，采用石墨砖也是应用趋势。炉腹、炉腰和炉身下部用耐火材料的主要技术性能见表 3.
表 3 炉腹、炉腰和炉身下部用耐火材料的主要技术性能
冷 炉底
不锈钢
不 锈 钢 管不 锈 钢 管不 锈 钢 管不 锈 钢 管不 锈 钢 管
却
管纯水
纯水
纯水
纯水
纯水
纯水
方 炉缸 式
炉壳洒水
炉壳洒水 铸 铁 冷 却 炉壳洒水 铸 铁 冷 却 铸铁+铜冷
壁
壁
却壁
炉 腹 至 炉 身 中 铜冷却壁 部
铜冷却壁 铸 铁 冷 却 铜冷却壁 铜冷却板+ 密 集 式 铜
壁
小 块 铸 铁 冷却板
冷却壁
炉身上部
无
铸 铁 冷 却铸 铁 冷 却铸 铁 冷 却铸
壁
壁
壁
耐 炉底
大块碳砖 大块碳砖 大块碳砖 大块碳砖 大块碳砖 大块碳砖
火 炉缸 材 料 出铁口
大块碳砖 硅线石砖
大块碳砖 A-S-C 砖
热 压 小 块大块碳砖+热 压 小 块热 压 小 块