在矿热炉（如铁合金炉、电石炉、硅铁炉等）中，耐火材料的选用需根据各部位的温度梯度、化学侵蚀（酸性/碱性渣、金属熔体）、机械磨损及热应力等因素综合考量。以下是矿热炉主要部位耐火材料的选型指南及技术解析：

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### **一、矿热炉典型结构及工况特点**

| **部位** | **温度范围** | **主要侵蚀因素** | **机械负荷** |

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| **炉顶** | 800~1200℃ | 高温气体、粉尘、CO/CO₂气体 | 气体冲刷、热震 |

| **炉墙（侧壁）** | 1400~1800℃ | 熔融金属、炉渣（FeO/SiO₂/CaO） | 炉料冲击、渣蚀 |

| **炉底** | 1500~2000℃ | 金属熔体渗透（Fe、Si、Mn等） | 静压力、热应力 |

| **出铁口/出渣口** | 1600~1800℃ | 金属液冲刷、温度骤变 | 高频磨损、热震 |

| **电极孔** | 1200~1600℃ | 电弧高温、电极移动摩擦 | 机械振动、热疲劳 |

# **二、各部位耐火材料选型方案**

#### **1. 炉顶**

- **工况特点**：

承受高温气体冲刷及粉尘侵蚀，需抗热震、耐氧化。

- **推荐材料**：

- **高铝质浇注料**（Al₂O₃≥75%）：抗热震性好，整体性强，适合复杂形状施工。

- **硅酸铝纤维模块**：用于隔热层（温度≤1100℃区域），降低炉顶散热。

- **结构设计**：

- **工作层**：高铝浇注料（厚度150-200mm）。

- **隔热层**：轻质保温砖或纤维模块（厚度100-150mm）。

#### **2. 炉墙（侧壁）**

- **工况特点**：

直接接触熔融金属和炉渣，需抗渣蚀、耐高温、抗热震。

- **推荐材料**：

- **碳化硅砖（SiC≥70%）**：

- 优势：高导热性（15-20 W/(m·K)）、耐磨性极佳，抗FeO/SiO₂渣侵蚀。

- 适用场景：高硅铁合金炉（渣中SiO₂含量高）。

- **镁碳砖（MgO≥80% + 石墨10-15%）**：

- 优势：抗碱性渣（CaO基）、抗金属渗透。

- 适用场景：电石炉、锰铁合金炉（高CaO渣）。

- **刚玉-莫来石复合砖**（Al₂O₃≥85%）：

- 优势：高温体积稳定性好，适合无渣操作的硅铁炉。

- **结构设计**：

- **工作层**：碳化硅砖或镁碳砖（厚度300-400mm）。

- **过渡层**：高铝砖（Al₂O₃ 60-70%，厚度100mm）。

- **保温层**：轻质粘土砖（厚度150mm）。

#### **3. 炉底**

- **工况特点**：

长期浸泡在金属熔体中，需抗渗透、抗热应力开裂。

- **推荐材料**：

- **微孔碳砖**：

- 优势：低渗透性（孔径≤1μm）、高导热性（20-30 W/(m·K)），分散热应力。

- 适用场景：大型矿热炉（如75MVA以上硅铁炉）。

- **刚玉质自流浇注料**（Al₂O₃≥90%）：

- 优势：无施工缝，抗金属液渗透，适合中小型炉。

- **多层复合结构**：

- **工作层**：微孔碳砖（厚度400-500mm）。

- **缓冲层**：高铝浇注料（厚度100mm）。

- **保温层**：石墨质保温板（厚度200mm）。

#### **4. 出铁口/出渣口**

- **工况特点**：

频繁开闭导致温度骤变，金属液高速冲刷，需高耐磨、抗热震。

- **推荐材料**：

- **氮化硅结合碳化硅砖（Si₃N₄-SiC）**：

- 优势：抗热震性（≥20次水冷循环）、耐冲刷，寿命可达6-12个月。

- **金属陶瓷复合套管**：

- 结构：外层不锈钢壳体 + 内衬刚玉-碳化硅浇注料。

- 优势：快速更换设计，减少停炉时间。

#### **5. 电极孔**

- **工况特点**：

电极升降导致机械摩擦，电弧高温（局部＞2000℃）易造成材料剥落。

- **推荐材料**：

- **刚玉-尖晶石浇注料**（Al₂O₃ 90% + MgAl₂O₄ 10%）：

- 优势：抗电弧侵蚀、耐高温气流冲刷。

- **预制电极孔模块**：

- 设计：将浇注料预制成环形模块，内嵌不锈钢锚固件。

- 优势：现场安装快捷，减少热应力开裂风险。

### **三、选型技术要点**

1. **渣系适配性**：

- **酸性渣（SiO₂＞40%）**：优先选用SiC砖（抗SiO₂侵蚀）。

- **碱性渣（CaO＞30%）**：选用镁碳砖或铬刚玉砖（Cr₂O₃改性）。

2. **热导率匹配**：

- 高导热材料（如碳砖）用于炉底，加速散热防止过热；

- 低导热材料（如轻质砖）用于炉顶，减少热损失。

3. **膨胀缝设计**：

- 炉墙每米预留4-6mm膨胀缝，填充陶瓷纤维毯；

- 电极孔周围采用“迷宫式”膨胀结构，补偿热膨胀。

### **四、施工与维护关键**

1. **砌筑工艺**：

- 碳砖采用“干砌+炭胶填缝”工艺，确保气密性；

- 浇注料施工时，控制加水量（≤6%），分层振捣密实。

2. **烘炉曲线**：

- 0-600℃阶段：升温速率≤20℃/h，排出挥发分；

- 600-1500℃阶段：升温速率≤50℃/h，避免碳砖氧化。

3. **日常维护**：

- 定期激光测厚：监测炉墙侵蚀速率，预警局部薄弱点；

- 出铁口维护：每炉次后喷涂SiC基防护涂层，减少裂纹扩展。

### **五、经济性与寿命对比**

| **材料** | 成本（万元/吨） | 典型寿命（月） | 适用场景 |

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| 碳化硅砖（SiC） | 2.5-4.0 | 12-18 | 高硅渣炉墙、出铁口 |

| 镁碳砖（MgO-C） | 1.8-3.0 | 8-12 | 碱性渣炉墙、电石炉 |

| 微孔碳砖 | 4.0-6.0 | 24-36 | 大型矿热炉炉底 |

| 刚玉浇注料 | 1.2-2.0 | 6-9 | 中小型炉底、电极孔 |

**选材策略**：

- **大型炉**：侧重寿命（选用微孔碳砖+SiC砖组合），减少停炉损失；

- **中小型炉**：平衡成本与性能（刚玉浇注料+镁碳砖）。

### **六、应用案例**

**案例：某30MVA硅铁炉炉墙寿命短问题**

- **原方案**：黏土砖（寿命仅3个月）。

- **问题分析**：SiO₂渣侵蚀严重，高温下砖体软化。

- **优化方案**：

- 工作层改用SiC砖（SiC 75% + Al₂O₃ 20%），厚度350mm；

- 过渡层采用高铝砖（Al₂O₃ 65%），厚度100mm。

- **效果**：炉墙寿命延长至14个月，吨硅铁电耗降低8%。

**总结**

矿热炉耐火材料的合理选型需遵循以下原则：

1. **温度匹配**：高温区（炉墙、炉底）选用碳化硅、微孔碳砖等高导热材料；

2. **渣系适配**：酸性渣用SiC砖，碱性渣用镁碳砖；

3. **结构优化**：复合衬里设计（工作层+过渡层+保温层）平衡强度与节能；

4. **维护升级**：采用预制模块、快速修补技术减少停炉时间。

通过科学选材与精细化管理，矿热炉衬里寿命可提升50%以上，显著降低生产成本。