球团竖炉与烧ging机用耐火材料的应用与损毁机理分析

现代钢铁冶金流程对效率与稳定性的追求，已将压力层层传递至前端工序。炼铁高炉的大型化趋势，直接催生了对优质炉料——即烧结矿与球团矿——的巨大需求。为了确保高炉内气体顺行、物料具有优良的透气性，进而实现高效、稳定的生产，入炉的烧结矿与球团矿必须具备足够的机械强度和精准的粒度分布。

在这一背景下，烧结技术获得了飞速发展。作为生产合格炉料的核心装备，球团竖炉与带式烧结机已成为大型钢铁联合企业不可或缺的关键环节，其自身也正朝着大型化、高效化的方向演进。然而，设备规模的扩张与生产节奏的加快，使其内部的耐火材料衬体承受着前所未有的严苛考验。因此，深刻理解其工作环境、损毁机理，并据此制定科学的耐火材料选型策略，成为保障整个炼铁系统稳定运行的基石。

带式烧结机耐火材料的工况与选型

带式烧结机的主要功能是将混合均匀的铁矿粉、燃料（焦粉）和熔剂在高温下烧结成具有一定强度和粒度的块状物。其耐火材料衬体主要分布在点火炉和烧结机两侧的墙体。

点火炉作为烧结过程的起点，其核心任务是在极短时间内将混合料表层加热至燃料的燃点（通常在1100~1250°C）。这种快速升温和周期性工作的特点，对耐火材料的抗热震性能提出了极高要求。传统的粘土砖或高铝砖在此工况下容易发生开裂和剥落。因此，现多采用抗热震性更优的轻质莫来石质、堇青石质浇注料或预制件，它们不仅能有效抵御温度剧变，其较低的导热系数也有利于节能。

烧结机机身两侧的墙体则面临着更为复杂的挑战。一方面，它们需要承受约1350°C的烧结高温；另一方面，台车在轨道上移动时，与墙体之间存在间隙，高温含尘气流会在此形成高速冲刷，同时台车板与墙体间的摩擦也造成了持续的物理磨损。此外，矿石中的碱金属氧化物（如K₂O、Na₂O）在高温下挥发，对耐火材料产生化学侵蚀。综合来看，这是一个集高温、磨损与化学侵蚀于一体的复合损毁环境。针对这些部位，单纯的粘土砖或高铝砖已难以满足寿命要求。目前，磷酸盐结合高铝砖、碳化硅复合砖以及整体浇注的耐磨耐火浇注料，因其优异的耐磨性和抗侵蚀性，成为了更为主流的选择。

球团竖炉耐火材料的挑战与对策

球团竖炉是生产氧化球团矿的关键热工设备，其内部工作环境相较于烧结机更为恶劣。生球团从炉顶加入，自上而下经历预热、焙烧和冷却三个阶段，炉内温度最高可达1350~1400°C。

球团竖炉耐火材料面临的核心挑战主要源于三个方面：

1. 严重的高温磨损：数以万吨计的球团在重力作用下持续下降，对炉墙内衬形成强烈的滑动摩擦和冲击，尤其是在炉身变径的区域，磨损问题尤为突出。
2. 剧烈的化学侵蚀：球团矿原料中的碱金属、锌等有害元素在高温还原气氛下挥发，并渗入耐火砖的气孔中。这些物质与耐火材料中的Al₂O₃、SiO₂等成分反应，生成低熔点的化合物（如霞石、白榴石），导致耐火材料熔点下降、结构疏松，最终发生“碱裂”破坏。
3. 高温蠕变与结构应力：在长期高温和自身重力的双重作用下，炉墙砖衬会发生蠕变变形，导致炉墙结构失稳。

基于上述复杂的损毁机制，球团竖炉不同区域的耐火材料配置也必须进行精细化设计。

• 焙烧带：作为工况最严酷的区域，通常选用致密度高、耐磨性好且抗碱侵蚀能力强的材料，如高纯度的高铝砖（Al₂O₃ > 80%）、莫来石砖或刚玉-莫来石砖。对于磨损和侵蚀特别严重的部位，会采用性能更为卓越的碳化硅复合砖。
• 预热带与冷却带：这些区域温度相对较低，但仍需承受球团的磨损和一定的热震。一般选用高铝砖或粘土质耐火砖。

无论是烧结机还是球团竖炉，其耐火材料的失效往往不是单一因素作用的结果，而是热-力-化多场耦合作用下的渐进过程。准确判断材料损毁的主导因素——究竟是物理磨损优先，还是化学侵蚀主导？是单纯的热震破坏，还是碱侵蚀与热震协同作用？——是优化内衬配置、延长设备寿命的关键。要精准回答这些问题，离不开对服役后耐火材料进行系统的微观分析和性能测试。

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总而言之，随着炼铁技术的不断进步，对前端炉料处理设备的要求日益增高，其内衬耐火材料也从早期的“通用型”选择，转向了基于工况分区、损毁机理分析的“功能化、精细化”配置。未来的发展方向将聚焦于开发综合性能更强的新型复合材料和功能性浇注料，以应对更为极限的冶金生产环境。