炼铁技术的发展与高炉用耐火材料的演变
(从古代制铁到钢铁生产技术发展至目前的钢铁联合企业，有人将它划分为三个阶段：第一期（到十三世纪未）将铁矿石与木炭一起放入称之为地窑炉的炉膛中加热冶炼。因为不能获得熔化矿石的高温，仅制成半熔融状态的铁块，然后锤炼，除去铁块中含有大量铁渣的同时将它加工成要求的形状。第二期（至十九世纪中叶），采用现代高炉雏形的木炭高炉生产熔融状态的生铁，然后再采用木炭精炼炉，生产熟铁和相钢。第三期，高炉燃料从木炭发展到焦炭，鼓风动力用蒸汽机代替水力，精炼炉开始采用热风，鼓风动力采用电力，确立了作为生产铁精炼炉的转炉、平炉、电炉的炼钢法。特别是第二次世界大战后出现的氧气顶吹转炉普及后，各国都广泛成立了钢铁联合企业，产量不断增加。同时战后炼铁技术也得到了惊人的革新。在高炉上采用了调湿、高风温、富氧鼓风、喷吹重油、煤粉、高压操作等技术，使生铁的产量增加，质量提高，成本降低。
炼铁技术的发展带动了高炉用耐火材料的进步。不过高炉炉衬的更新换代是十分缓慢的。由于近几十年高炉的大型化及其广泛采用强化冶炼的高炉操作，相应地高炉用耐火材料也出现了重大变化。在炉身上部这个区域温度较低，目前用耐火材料有：高铝砖、粘土砖、浸渍磷酸盐粘土砖、最上部紧靠钢砖部位国外也有用SiC砖的。这个部位并不是影响高炉寿命的决定因素，耐火材料基本都是Al2O3-SiO2系，没有发生太大变化。
高炉中段用耐火材料，在50年代以前，全世界的高炉基本上都是Al2O3-SiO2系耐火制品。进入六十年代中后期，工业先进国家重点研究解决高炉中段用耐火材料重要进行了以下两个方面的工作：1）优质高纯高铝制品，包括刚玉砖、刚玉-莫来石砖和铬刚玉砖等；2）优质碳化硅制品，主要为自结合和氮化硅结合的碳化硅砖。进入80年代中期至今，研究开发了Sialon结合碳化硅砖和Sialon结合刚玉砖。探索范围是从优质高纯高铝制品开始的。构思渊源是在传统粘土砖和高铝砖的基础上提高纯度和密度。工艺措施是采用高纯刚玉砂、合成莫来石和氧化铬原料、高压成型和高温烧成。这些制品气孔率低，高温强度较高，耐磨性强，抗CO和抗碱侵蚀性能也有一定提高。在七十年代国际上许多高炉先后采用它们来砌筑中段（宝钢从新日铁引进的大型高炉采用刚玉砖）。然而，十几年的实践说明，采用优质高纯高铝制品在提高中段寿命效果不够显著，一般只能提高1-2年，未能达到满意的技术经济效益。究其原因，关键在于Al2O3-SiO2系耐火材料无论是刚玉还是莫来石，其抗碱侵蚀性不够理想。它们容易被碱蒸气或碱凝聚物所分解，并伴随有较大的体积膨胀，从而导致材料损毁。例如它们在碱的作用下，600-900℃会形成钾霞石（KAS2）、白榴石（KAS4）、六方钾霞石（KAS2）、铝酸钾（KA）、β-氧化铝（β-Al2O3）等矿物并引进6-20%体积膨胀。几个主要化学反式如下：
Al2O3·2SiO2+K2CO3→K2O·Al2O3·2SiO2+CO2 Al2O3·2SiO2+2SiO2+ K2CO3→K2O·Al2O3·4SiO2+ CO 3Al2O3·2SiO2+K2CO3→K2O·Al2O3·2SiO2+2Al2O3+CO2 Al2O3·2SiO2+K2O·SiO2→K2O·Al2O3·2SiO2+SiO2 3Al2O3·2SiO2+K2O·SiO2→K2O·Al2O3·2SiO2+ Al2O3 另一条途径是从金属非氧化物入手。考虑到非氧化物一般抗碱侵蚀性能较好，只要具有适当的抗氧化性，很可能成为较理想的中段材料。优质SiC制品被人们重视和大量采用是从七十年代中后期才开始，而且后来居上。1969年在比利时首先出现了高炉用SiC砖衬试验 。1971年美国在高炉的风口区试用过，1974年日本Muroran于炉身下部试用，1976年美国Spaiicw.Point,1977年法国Dunkerque用于炉腰。此后，它的优越性很快被实践所证明，因而得到迅速推广应用。
在中国，第一座砌筑Si3N4结合SiC耐火材料的鞍钢6#高炉于85年11月1日投产，不中修使用寿命达到7年，比鞍钢八十年代高炉炉身平均寿命3.9年延长了80%。为我国一代炉身寿命7年不中修提供了宝贵的经验。Si3N4结合SiC砖在鞍钢6#高炉使用成功，对SiC砖在我国高炉上的应用起了推动作用，自1985年来，先后在太钢、本钢、唐钢、攀钢、武钢、酒钢、首钢、宝钢等国内大中型高炉上得到普遍使用。其经济效益和社会效益已被人们所认识。SiC砖在高炉上使用对延长高炉一代炉龄发挥了重要作用。至1987年，一种采用Sialon/Si3N4结合SiC产品进入加拿大、美国和日本。它的耐氧化性和耐碱侵蚀性要比Si3N4结合SiC砖有所提高。欧洲的一些工厂也开发了第二代和第三代赛隆结合的产品。所有这种研究和试验都将继续加强含有赛隆的氮化硅结合的基本概念。在我国，洛阳耐火材料研究院自1986年开始进行了赛隆Si3N4结合SiC砖的开发研究，并和山东生建八三厂一起共同完成了100T这种产品砌筑到鞍钢4#高炉上。该高炉自九十年代初投产并连续运转10年。Sialon结合刚玉耐火材料得到研究和开发，它比Sialon结合SiC砖具有更好的抗碱性和抗氧化性，导热系数低，更适合用于高炉炉腹，炉腰部位炉衬材料，以减少热量损失。
高炉炉底和炉缸耐火材料，在50年代以前，基本上以铝硅质耐火材料为主[5-6]，但使用寿命不长，经常出现炉缸、炉底烧穿事故。1939年德国第一次使用炭砖砌筑炉底，取得了好的效果，后来日本、美国改用炭砖和致密粘土砖实行综合炉底，使用寿命达到15年。在中国，1958年以后才采用炭砖砌筑炉底，解决了炉底炉缸烧穿的技术难题。60年代，使用全碳质炉底使高炉炉底损毁状况得到重大改进，降低了炉底的磨损，延长了炉底的寿命，但这种炉底的热损失很大，且对短暂的休风非常敏感。所以，对复风后恢复正常操作带来困难。1984年法国Savoie耐火材料公司首次在德国蒂森钢铁公司高炉上采用了一种新型复合式炉衬，称为“陶瓷杯”。从此以后，德国、法国、南非、瑞典、比利时、中国、南韩、印度等国家高炉广泛采用“陶瓷杯”技术。据统计，1984～1990年，有11座高炉采用陶瓷杯技术；1991～1994年有12座高炉采用陶瓷杯；1995年至今至少有11座高炉采用陶瓷杯技术。
