高炉炉底炉缸耐火材料结构与性能优化研究

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1、万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringOptimizationofMicrostructureandPerformanceofRefractoriesforBlastFurnaceHearthPh．D．Candidate：YiweiLiMajor：Supervisor：MaterialscienceProf．YaweiLiWuhan

2、UniversityofScienceandTechnologyWuhan，Hubei430081，P．R．ChinaDecember,2014万方数据万方数据武汉科技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者

3、签名：么耄纽鱼日期：竺丝!兰：墨研究生学位论文版权使用授权声明本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门(按照《武汉科技大学关于研究生学位论文收录工作的规定》执行)送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。论文作者签名指导教师签名日期≯训；眇／2户fZ／2．‘万方数据

4、v万方数据摘要高炉长寿是钢铁企业高效低耗的重要

5、保证。随着高炉炼铁技术的发展，炉衬用耐火材料使用环境日益严苛，高炉长寿化要求对耐火材料提出了更大挑战。高炉炉缸炉底部位耐火材料长期储存炽热铁水，在高炉连续运行过程中难以及时更换破损炉衬，其寿命决定高炉一代炉役。长期实践表明，优质的耐火材料及合理的炉衬结构是高炉长寿的基础。因此，分析高炉耐火材料内衬侵蚀机理，并采取行之有效的措施改进炉衬结构与材质，对于延长高炉寿命具有重要意义。本论文从结构设计与材质优化两方面开展研究工作。首先，通过有限元模拟方法计算不同耐火材料配置条件下炉缸炉底的温度场分布，探讨铁水“软熔层

6、”的形成条件，为下一步炉底炉缸各部位耐火材料的开发指明方向。在此基础上，针对传统电煅煤基炭砖导热性能差的问题，系统研究影响炭砖导热系数的主要因素，并借助支持向量机(SupportVectorMachine)算法求出炭砖导热系数的预报公式；针对人造石墨骨料抗铁水性能较差的缺点，在炭砖中构造陶瓷包覆炭质颗粒结构，并进一步添加活性陶瓷相，系统研究工艺参数对人造石墨基炭砖孔结构及其导热和抗铁水溶蚀性能的影响。此外，本工作中还借鉴人造石墨基炭砖设计思路，研发了新型高炉用刚玉基耐火材料，系统研究了人造石墨加入量对刚玉基

7、耐火材料性能的影响，以期在维持高抗侵蚀性的前提下获得良好的微孔与导热性能。通过上述研究工作，可以得到以下结论t(1)高导热砌筑法炉缸易造成炉缸铁水散热过快，隔热砌筑法中炉缸工作面耐火材料热应力过大。当炉底炉缸部位使用多层砌筑结构，耐火材料导热系数由内至外从10Wl(m·K)至40W／(m·K)逐步提升时有利于在炉底构筑软熔层，而炉缸部位难以通过调整温度场使铁水在工作面充分降温，仍需通过优化炉衬材质以实现长寿化目标。(2)人造石墨的加入有助于提升电煅煤基炭砖的导热系数，并降低导热性能的各向异性，但会影响炭砖的

8、抗铁水溶蚀性能；由支持向量机建模分析得知，人造石墨含量对导热系数提高的影响较为明显；借助该建模方法获得了炭砖导热系数的预报拟合公式，该公式具有较高精度，可用于炭砖导热系数的优化与预报。(3)调整人造石墨骨料的临界粒度并使用原位反应技术与颗粒紧密堆积技术，可以在骨料表面构筑氧化铝与碳化硅晶须的包覆结构，可提升人造石墨基炭砖的抗铁水侵蚀性与微孔化率。(4)使用高温反应活性较高的蓝晶石、红柱石与硅线石细粉等量替换氧化铝，可万方数据以在炭砖热处理过程中发生莫来石化反应。三石莫来石化的过程有利于碳化硅晶须的生成，进一

9、步优化人造石墨基炭砖试样的微孔性能。横向对比三石，蓝晶石所需反应温度较低。(5)人造石墨基炭砖添aN-氧化钛微粉经1400℃埋炭焙烧可以原位生成碳氮化钛相，并有利于促进碳化硅晶须生长。外加6％Ti02时，其平均孔径低于lOOnm，小于l陋l孔容积达到90％，室温导热系数高达53．43w／(m·K)。抗铁水侵蚀实验表明，这种原位形成碳氮化钛的炭砖试样有利于构筑类似钛矿护炉法所形成的高粘度层，减少钛矿护炉所造成的钛资