电弧炉用耐火材料 (refractories for electric arc furnace)

砌筑电弧炉使用的耐火材料。电弧炉是以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行电diarl炼钢的设备。电弧炉技术的发展是在采用高功率的基础上发展直流电弧炉、炉底供气搅拌及炉底出钢。这些技术成就与耐火材料新品种的开发与应用是分不开的。同时，耐火材料消耗亦有所降低，且易于自动控制。(见彩图插页第15页)电弧炉由炉顶、炉墙、炉底和出钢槽等构成

炉顶用耐火材料炉顶又称为炉盖，呈圆拱形，可以移动，外环为水套式钢结构。在冶炼过程中，炉顶(特别是炉顶的中心部分、电极孔和除尘孔周围)长期处于高温状态，并且经常受到温度骤变的影响，受到炉气和造渣粉剂的化学侵蚀、电极弧光的辐射和烟尘的冲刷，炉顶的积尘也产生压力并阻碍有效散热，炉顶在升降旋转时还受到机械振动作用，工作条件十分恶劣，是整个炉衬的薄弱环节。因此，电炉炉龄就是指电炉炉顶的使用寿命。直流电弧炉由于采用单电极结构，故不存在热点区，加之炉顶水冷区扩大，耐火材料使用条件明显改善。进入80年代后，随着炼钢电弧炉容量的扩大和单位功率的提高，炉顶的工作条件变得更加苛刻，所用耐火材料亦随之发生变化。

炉顶用传统耐火材料为硅砖。硅砖在低温范围内抗热震性差，不适应温度骤变，以及受原料限制不可能大幅度提高耐火度。因此，在高温下出现硅砖熔滴的流淌，不但降低炉渣碱度，影响精炼效果，而且还严重影响炉体寿命。加之采用喷油和吹氧强化冶炼，熔炼温度提高，熔炼周期缩短，硅砖更不能适应冶炼的需要。虽曾采取往硅砖中掺入少量氧化铬或沥青浸渍等措施，但效果并不明显，因之逐渐改用高铝砖、碱性砖或相应的耐火浇注料或捣打料筑造炉顶。

中国电炉顶普遍采用高铝砖砌筑，Al₂O₃含量介于75％～85％之间。与硅砖比较，高铝砖的特点是耐火度高，抗热震性好，抗渣性好，耐压强度高。高铝质不定形料因抗热震性及结构的整体性好，不需要制成异型砖，一般以捣打料使用于小炉盖的中心部位和电极孔周围。由于中国矾土矿资源丰富，高铝砖已经成为电炉顶用的主要耐火材料，其使用寿命约为硅砖炉顶的2～3倍。随着大型超高功率电炉的发展，高铝砖的使用寿命下降，导致进一步采用烧成或不烧镁砖和镁铬砖等碱性砖。由于砖的高温强度较低和自重较大，为避免炉顶因变形而下沉，普遍采用吊挂结构。在有的超高功率电炉顶上还采用高温强度很好的直接结合碱性砖，可克服一般碱性砖由于膨胀系数较大和吸收渣尘形成变质层，因结构崩裂或热崩裂而造成的严重剥落现象，其使用寿命高达300炉次。

炉壁用耐火材料炉壁分为一般炉壁、渣线区和邻近电弧的热点部位，不但受钢液和熔渣的严重侵蚀与冲刷，同时还受到加入废钢时的机械撞击和急冷作用。更为严重的是受到高温电极弧光的强烈热辐射，热点区钢液温度高达2000℃。因此，该处炉壁经常发生局部熔损。此外，还受到钢液与熔渣搅动冲刷和不同冶炼期气氛的影响，致使内衬损毁严重，超高功率电炉尤甚。

一般炉壁主要采用镁砖、焦油沥青结合和沥青浸渍烧成白云石砖和方镁石砖砌筑，也有使用不烧铁壳碱性砖与沥青结合镁质和白云石质捣打料的，使用寿43dian电命均较长。超高功率或冶炼特殊钢的电炉炉壁，则用镁铬砖和优质镁砖砌筑，使用效果明显改善。

渣线区和热点部位为炉壁的薄弱环节。由于炉壁的寿命主要取决于热点部位的损毁程度，因而该部位的炉衬特别受到重视。20世纪70年代前，该部位普遍采用熔铸镁铬砖，直接接合或再结合镁铬砖砌筑，使用寿命达到100～250炉次。进入80年代后，在这些部位广泛采用镁碳砖砌筑，显示出优异的耐高温和抗渣性能，使用寿命明显地提高，中国高功率电弧炉达到300多炉次。

为使炉壁损毁趋于均衡，延长寿命，炉墙也采用镶砌水冷箱或水冷套措施，其内表面喷涂一层耐火涂料，使挂渣形成保护层，可有效降低耐火材料的单位消耗，但能耗却相对地有所增加。

炉底用耐火材料炉底和堤坡构成熔池，是盛装炉料和钢液汇集的部位。炉底耐火材刊与钢液及熔渣直接接触，主要受化学侵蚀和冲刷，i_莎受炉料的掩啬和急冷作用。当炉底内衬与熔渣健反应生成变质层后，在还原期间还可因其中茅叠童分的还原而变得疏松，常因钢液侵入而引起漂浮0j』F要求该部位的砌体或打结内衬具有整体性能均强严密严防钢液穿入、具有良好的高温性能、足够的强度、耐侵蚀、耐冲刷、抗热震性好和体积稳定，并在使用过程中得到良好烧结。

打结内衬选用烧结良好的镁砂或电熔镁砂，施工时注意各层问的衔接咬合，各层厚度和密度力求保持一致。20世纪90年代初，中国150t超高功率电弧炉炉底使用最高寿命达239炉次。

捣打层之下有工作衬与永久衬。工作衬选用焦油沥青结合镁砖砌筑，永久衬一般采用镁砖砌筑。在堤坡上部的渣线部位，由于熔渣侵蚀严重，现在多采用与炉墙热点部位相同或类似的衬砖，如熔铸镁铬砖或再结合镁铬砖砌筑。选用镁碳砖砌筑时效果更佳，使用寿命可高达100～200炉次。

直流电弧炉的阳极端与炉底的接触件相联，炉底采用导电耐火材料或金属元件来解决导电问题，对导电耐火材料的主要要求为低电阻(10^-3～10^-4Ω·m)，且电阻必须稳定，通常采用沥青或树脂结合，碳含量最好为10％～18％的镁碳砖作为导电耐火材料，它包括永久衬、工作衬及保护涂层。如使用非导电耐火材料就必须采用金属元件，可将其从工作面埋入镁质捣打料中。亦可以一根或多根粗的圆钢棒作为阳极，位于炉缸内侧的钢棒则以碱性砖围砌，工作衬用镁质捣打料。高导电性能炉底的寿命已超过1500炉，因而导电炉底再也不是推广直流电弧炉的制约因素。

44底吹技术已在传统的电弧炉、偏心底出钢电弧炉及超高功率电弧炉中应用。当今采用的炉底供气系统有2种，一为气体直接从搅拌塞进入钢液，例如采用多孔塞；另一为带盖的搅拌系统，即在搅拌塞或风眼砖上盖一层透气的捣打料，气体通过此层进入钢液。大型直流电弧炉则在电极外围安装3个供气元件。供气元件的选择与底吹气体的种类有关，吹氧化性气体时采用双层套管烧嘴，即内管吹氧化性气体，外环管吹保护气体。吹惰性气体时，则大多采用细金属管多孔塞供气元件。底吹天然气，则采用单管式供气元件，也可选用环缝式，砖缝式及直孔型透气砖等，所用耐火材料均为镁质或镁碳质料。出钢槽用耐火材料炼钢电弧炉一般采用侧式出钢槽。该槽主要受钢液和熔渣的侵蚀及冲刷，以及受温度骤变的影响。损毁形式为侵蚀、熔损、剥落和掉砖，它是最易损毁部位之一。出钢槽内衬普遍采用镁质、高强质、蜡石质、碳质或碳化硅质材料，可以用砖砌，也可以镁碳质料或高铝质不定形料捣打或振动浇注施工。

80年代开发∽炉底偏心出钢口出钢法将炉体由倾动式改为固定．：在炉底偏心位置设置出钢口代替出钢槽点：一，取消了倾动机电设备，扩大了水冷壁面积，坛R-r炉衬的损毁，可适当降低出钢温度并缩短出钢时间，从而降低了投资并节省电能。偏心出钢口的结构见图2，出钢口块砖为沥青浸渍烧成镁砖，管砖采用树脂结合碳含量为15％的镁碳砖，端部砖为树脂结合含碳量为10％～15％的镁碳砖或树脂结合含碳量为15％的Al2O3一SiC-C砖。为使出钢顺利，常采用以橄榄石为基质的粗砂作为引流料。图2炉底偏心出钢口结构示意图l出钢口块砖，沥青浸渍烧成镁砖；2一捣打料}3一管砖，树脂结合含c量为15％的镁碳砖；4端部砖，树脂结合含c量为10％～15％的镁碳砖或树脂结合含C量为15％的Al2O3-SiC-C砖；5一引流料电弧炉用衬砖的改进情况及中国电弧炉用耐火材料性能分别示于表1及表2。旧式无水冷且未采用炉底出钢电弧炉的耐火材料消耗为每吨钢12妇，现代采用水冷措施及炉底出钢电弧炉的耐火材料消耗仅为每吨钢5～6kg，其中不定形耐火材料占4～5kg。