炉缸是盛装铁水和熔渣的地方，并燃烧焦炭产生大量煤气，为高炉还原制造初始条件。炉缸部位特别是风口区是高炉内温度最高的区域，其温度在1700~2000 ℃以上，炉底温度一般在1450~1500℃范围内，炉缸内衬除受高温作用外，还主要受到渣铁的化学侵蚀与冲刷，炉底主要以铁水的渗人侵蚀为主。所以，炉缸炉底的侵蚀大多为“蒜头状”或平锅底状侵蚀。两种典型的炉缸侵蚀图形。

基于上述原因，在选择炉缸'炉底用耐火材料时，应采用抗渣铁侵蚀件强、抗碱性能强、抗铁水渗透性好的优质耐火材料。特别是炉缸、炉底的碳质材料必须具有很离的抗渗透性、导热性、杭化学侵蚀性等，借助冷却壁的冷却作用，将1150℃等温线(铁水凝固线)尽量推向中心，在碳砖热面能够形成一层保护性的“渣皮”或“铁壳”，使碳砖免受渗化学、冲刷、热应力的破坏，以延长其使用寿命。所以最为关键的就是要求碳砖具有优异的抗渗透性和高导热性。

综合炉底自20世纪5O年代盛行以来直至今日仍有强大的生命力，据俄罗斯的经验，当1513m3高炉炉底无冷却时侵蚀深度为1950mm左右，有冷却时约为700mm。美国、日本、 中国先后采用粘土砖(或高铝砖)-碳砖砌筑综合炉底，并进行了不同构造形式的试验。生产实践证明：高导热性碳砖砌筑在炉缸壁、炉底下层和周边处，硅酸铝质耐火砖砌筑在炉底上层中部，并加强冷却设施，使用效果较好，得到了普遍应用。虽然高炉向大型化发展， 炉底用材质和构造形式有所不同，但采用综合炉底仍较多，特别是美国、日本、俄罗斯和中过等国家更为普遍。因为，硅酸铝质酎火砖的成本仅为碳砖的三分之一，也能满足生产的要求，还可节约建设投资。如日本福山厂5号高炉炉缸直径为14. 4m，炉底从上至下由2层粘土砖、3层平砌和1层立砌的碳砖所构成，炉底厚度为4. 8m。

美国高炉一般是采用全碳砖炉底(如美国3680 m3高炉风冷炉底，风管间捣制炭素材料，找平后铺4层碳砖，炉底总厚度为3500mm，炉缸壁采用碳砖砌筑，厚为991mm，风口区为914mm。该炉于1978年月点火，最高日产量为8741t，投产14个月，产铁近400万t，设备运转正常。

西欧大中型高炉一般采用全碳砖薄炉底，为加强炉底传热效果，其最底部普遍采用石墨质砖作冷却层。图9-27为英国兰韦恩厂3号高炉炉底构造形式及其温度分布。该炉用的碳砖热导率约为1980kJ/m·h·C，炉底总厚度为2. 4m。另外靠近炉底风冷处砌筑1层石墨砖垫层。该炉投产后3个月，炉鹿衬里达到了热平衡状态，铁水凝固线保持相对的稳定，即侵蚀已经基本停止，使用效果较好。

德国克虏伯钢铁公司莱茵豪森广2号高炉炉缸工作容积2355m3、该炉炉底下部砌筑1层厚50mm的石墨砖，然后再砌4层碳砖，炉缸到风口水平面的炉壁也砌碳砖，厚度为1000mm，其余炉壁用Al2O3含量为42%和35%的粘土砖砌筑。经验证，这种构造形式使用一个炉役是安全可靠的。日本大中型高炉一般采用综合炉底，并且吸收西欧等国家的经验，在炉底钢板上捣制1层石墨质捣打料垫层，并砌1层碳化硅石墨砖，然后再满铺碳砖，接着用Al2O3含量约为40%的粘土砖砌筑工作层。

我国于1970年在高炉上釆用全碳砖炉底，随后发展成为碳砖或高铝砖满铺炉底，周围采用大块碳砖砌筑的形式，基本上达到了预期效果。但是随着高炉冶炼的强化，我国大多数高炉炉缸炉底受到侵蚀，直接威胁着高炉的一代寿命。究其原因，炉缸碳砖的理化性能指标欠佳，从而导致炉缸碳砖的环裂和断裂加剧，为渗渣渗铁创造了有利条件。

我国炉缸炉底所用的碳砖大部分是国产碳砖，其品种单一，微气孔率、热导率低，抗渣铁侵蚀、抗渗透性差，强度不足。而国外碳砖性能的优越性有：气孔向微气孔发展，孔径由40um降低到5um以下，气孔形成由开孔转向密闭气孔，因而体现出透气性低，抗碱及抗渗铁性能强，致密度高，高热性能好，国外碳砖的热导率常温时为IOW/ (m·K)，高温时达20W/ (m·K)，而国产碳砖均低于IOW/ (m • K)。另外，国产碳砖骨料是以无烟煤和人造石墨为主，无烟煤的石墨化程度差，表面裂纹较多，骨料颗粒大小悬殊分布不均 匀，无烟煤颗粒与粘结剂结合不紧密，常有裂隙，结构显得松散;而国外碳砖是以无烟煤为主要骨料，无烟煤的石墨化程度高，表面致密，裂隙少，骨料颗粒分布均匀，结构紧密，所以，炉缸、炉底碳砖使用寿命大大延长，一般达12~15年;而我国较长寿的高炉为8~ 10年，短寿的只有3年左右。

针对上述情况，国内有的高炉在炉缸砌了美国热压小块碳砖，这样效畢较显著，美国VCAR公司开发的热压碳砖系列产品，其抗渗透性、导热率、抗碱性、机械强度等性能均能满足要求，目前全世界已有300多座髙炉成功使用。

NMA砖由于它的优良配方和特殊的成型工艺及构型，使其具有优异的导热性、极低的渗透性和优良的耐碱性。与传统的大型碳块相比，渗透率仅为后者的1/50~1/100%，热导率高2~3倍。另外，NMA砖形状较小，加上热固性C-34胶泥能提供膨胀补偿，从而能防止热应力断裂和收缩剥落^。NMA砖的热导率高，可促使炉缸壁热面形成保护性“渣皮或“铁壳”，防止了气体、熔融渣铁、碱金属对碳砖的渗透侵蚀和渣铁的冲刷磨损。我国本钢 5号高炉于1990年首次采用美国热压小块碳砖，效果较明显。继之首钢4座髙炉都选择了热压碳砖，将NMA砖砌筑在炉底炉缸交界处“蒜头状”侵蚀区。

2号高炉采用了碳砖-高铝砖综合炉底，如图9-28所式。 综合炉底以上至铁口平面以下(即死铁层区域)全部 采用NMA砖，前面砌一层高铝质保护砖，形成“简易陶瓷杯”结构，以避开开炉初期对NMA砖的各种破坏，高炉未使用NMA砖时，一般开炉9个月左右就要加人含钛料护炉，而2号高炉采用NMA砖之后，开炉18个月 (1992年10月24日)才开始投人含钛炉料护炉，到1993 年9月第二段冷却壁进出水温差平均0.3℃，75%冷却壁的热流强度为6970W/m2，炉底热电偶温度一直稳定在100~200℃之间，这说明NMA砖的作用已经显示出来。

20世纪80年代初，法国Savoie耐火材料公司在德国蒂森钢公司高炉上开发并安装了一种新型复合式炉衬，即称之为“陶瓷杯”。随后这一新技术在世界各国得到了广泛应用。陶瓷杯的主要特点是用低导热的陶瓷材料，将11500℃等温线阻滞在陶瓷层中，使碳砖避开800~1000℃的脆性断裂区，由于陶瓷杯的存在使铁水不直接与碳砖接触，从结构设计上缓解了铁水及碱金属对碳砖的渗透、冲刷破坏;同时所用的莫来石、棕刚玉等都是低导热的陶瓷材料，具有较高的抗渗透性和抗冲刷性。陶瓷杯技术的优点有：(1) 防止铁水渗透;(2) 减轻铁水环流冲刷 (与合理的死铁层深度配合);(3) 提髙铁水温度(18~25℃)和炉缸抗热震性。由于陶瓷杯具有上述优点，因此国外许多新建或大修高炉采用了这种新型结构。

炉底下端为循环水(或油)冷却系统，冷却管埋人炭捣层内。当冷却管安装在炉底封板上面时，为了防止管路車故，水泄漏后损坏碳砖，可以采用油为炉底冷却介质。而当冷却管安装在炉底封板下面时，一般采用循环水冷却，也可采用风冷炉底。炉底砌体的下部为垂直或水平砌筑的碳砖，碳砖上部为莫来石砖。热力学计算表明：高导热性材料与低导热性材料的最佳厚度比为2~2.5。力了维持这种比例关系，莫来石砖层数为1~2 层。炉缸壁是由通过一厚层灰缝(约60mm)分隔的两个独立的圆环所 组成，外环为碳砖(一般为碳砖或微孔碳砖)，内环是刚玉质琐制块。铁口区域径向砖厚度被加大。铁口中心线至炉底砖上表面的距离，即通常所说的死铁层深度，一般取为炉缸直径的20%。

釆用陶瓷杯来保护炭块的热面，其意图是使熔融铁水与炭块隔开。其次陶瓷材质可使炉壁绝热，因而降低热损失。

基于上述原因，在炉缸内衬采用陶瓷杯材质技术不仅是可能的，而且是可行的。这为人多数高炉的实践所证明。因此，对陶瓷杯用的耐火材料要求具有如下性能：良好的抗铁水熔蚀性能，杯壁上部良好的抗渣侵蚀性能;良好的抗铁水、渣液冲刷性能;在高温状态下，残存线变为零或稍正;良好的抗CO侵蚀能力;良好的抗碱侵蚀能力;良好的在受压状态下由热膨胀引起的应力的适应能力;良好的抗热震能力。

表9-15为陶瓷杯用的耐火材料的特性。莫来石砖具有良好的抗铁水侵蚀能力和稍正的膨胀特性，可以避免砖之间开缝;在1500℃、0.2MPa荷重下，24h变形率仅为0.3%~0.4%，使其能够适应由膨胀所引起的应力状态，因而特别适用于陶瓷杯的底部。但它的抗揸蚀性能较差，不得用于陶瓷杯的上部。

最近开发并研制出的低粘结剂含量的刚玉预制块，由于具有较小的气孔，而且气孔分布变化非常小，因而具有较强的抗热震能力。与莫来石砖比较，刚玉预制块具有更好的抗渣蚀能力，所以，它适合用在陶瓷杯壁的上下部区域。

除此之外，能够充分满足前述特性的要求、已被应用或可能被应用于陶瓷杯的耐火材料还有合成莫来石结合的白刚玉砖和 Sialon结合的黑刚玉砖。前者已长期应用在许多高炉的各个部位，后者由于其综合性能的改进，待别适用于炉腹、炉腰及炉身下部，同时，也成为陶瓷杯的首要原料。

我国首钢的设计、科研、生产、制造等部门共同和法国专家进行了多次技术交流，经过论证，最后决定在首钢1号高炉大修改造中应用陶瓷杯技术。图9-30是首钢1号高炉陶瓷杯砌筑结构.

另外，为使我国高炉在强化冶炼条件下实现长寿，武汉碳质炉衬新材料研究推广中心在总结中、小高炉应用自焙碳块的实践经验基础上，吸取了国外高炉长寿经验，研究、开发了技术性能全面超过国产传统焙烧碳块的第五代至第七代自焙碳块产品以及适用于强化冶炼大型高炉的“半石墨化自焙碳块-陶瓷砌体复合炉衬技术”。诙项技术已应用于鞍钢7号 (2580m3)、4号(1002m3)、太钢3号(1200m3)。和天铁4号(550m3)高炉。

我国在160多座的中、小高炉上采用自焙碳块炉衬历时20年的实践证明：自焙碳块炉衬技术是中、小高炉经济可行、安全可靠的长寿炉衬技术。特别是“自焙碳块-陶瓷砌体复合炉衬”技术以及“半石墨化自焙碳块-陶瓷砌体复合炉衬”技术分别在高炉上应用，将为我国大型高炉实现安全、长寿、高产、节能提供了一条新途径。