高炉冷却壁镶砖是镶嵌于冷却壁热面的特种耐火材料，通过"砖-冷却壁"复合结构实现三大核心功能：

热面保护：抵御1500℃以上高温煤气冲刷、熔渣侵蚀及碱金属（K、Na蒸汽渗透。

热量传导：通过高导热材料将热量传递至冷却水管，控制壁体温度≤200℃。

结构稳定：与冷却壁燕尾槽机械咬合，防止砖衬脱落形成 "渣皮-镶砖-冷却壁"三位一体保护层。

性能指标

主流材质类型与选型指南

1.碳化硅质镶砖（应用占比65%）

氮化硅结合碳化硅砖

技术特点：Si₃N₄晶须交织结构，抗热震性≥30次（1100℃水冷）

典型应用：炉腹、炉腰区域（热流强度 80-120kW/m²）

自结合碳化硅砖

技术特点：β-SiC直接结合，显气孔率≤10%

适用场景：炉身中下部（温度波动 500-1200℃）

施工要求：采用SiC专用泥浆（SiC≥70%）砌筑，砖缝≤2mm

2. 刚玉莫来石质镶砖（应用占比 25%）

技术构成：Al₂O₃≥75%+ 莫来石相≥60%，添加 ZrO₂微粉（3-5%）

性能优势：抗碱侵蚀性优（K₂O 渗透深度≤5mm/1000h）

典型应用：炉身上部（碱金属富集区）

施工要点：采用冷镶法，燕尾槽配合精度 ±0.5mm

3. 新型复合材质（应用占比10%）

铜钢复合镶砖：爆炸焊接TiC 增强铜表层+Q235钢基体，导热系数≥350W/m・K

梯度功能材料：热面SiC+过渡层Al₂O₃-SiC + 冷面铜合金，热应力降低40%

选型决策矩阵

结构设计与施工工艺

1. 冷却壁-镶砖复合结构

A -->A冷却壁本体] --> B[燕尾槽机械咬合]

B --> C[碳化硅砖]

A --> D[φ70mm冷却水管]

C --> E[挂渣保护层]

关键尺寸：燕尾槽深度≥40mm，齿距 50-80mm，砖厚115-140mm

应力释放：每3m²设置20mm宽膨胀缝，填充陶瓷纤维绳（φ16mm）

2. 冷镶施工工艺（主流工艺占比 85%）

预处理：

冷却壁表面喷砂除锈（Sa2.5级）

燕尾槽涂刷高温粘结剂（Al₂O₃≥80%）

砖体预热至 50-80℃（去除吸附水）

砌筑流程：

定位放线→第一层干摆→碳化硅泥浆砌筑（灰缝2-3mm）→ 振动密实 → 水平度检测（偏差≤1mm/m）→ 养护（20℃×48h）

质量控制点：

泥浆水灰比 0.18-0.22（流锥时间 18-22s）

错缝砌筑（搭接长度≥1/3 砖长）

每砌筑3层进行超声波探伤（结合率≥95%）

3. 新型施工技术

预制块整体镶砌：

模块尺寸 1000×500mm，带不锈钢锚固件

施工效率提升3倍

数字孪生预拼装：

采用BIM技术模拟砌筑过程，精度达±0.5mm

唐钢 3200m³ 高炉应用，减少返工率 60%

失效机制与长寿技术

主要失效形式

热震剥落：

机理：温度骤变产生热应力（ΔT＞300℃/min）导致微裂纹扩展

预防：添加3%ZrO₂微粉（相变增韧），热震稳定性提升至40次

碱金属侵蚀：

典型现象：K₂O渗透形成 KAlSiO₄低熔相（熔点1150℃）

对策：采用SiC-Si₃N₄复相材料，形成 K₂SiC₆惰性相

机械磨损：

炉料冲刷速率：炉身下部达0.15mm/月

强化措施：砖表面喷涂 WC-Co 金属陶瓷涂层（厚度0.2mm）

梯度功能镶砖：

热面：SiC 颗粒增强（抗磨）

过渡层：Si₃N₄晶须网络（抗热震）

冷面：Al₂O₃微粉（高导热）

智能监测系统：

镶砖内置光纤传感器（精度±1℃）

实时传输温度场数据至高炉 DCS 系统

预警阈值：单点温升速率＞5℃/min

行业标准与验收规范

核心执行标准

产品标准：YB/T 4074-2014《高炉冷却壁镶砖》

施工规范：GB 50211-2014《工业炉砌筑工程施工及质量验收规范》

检测方法：GB/T 5988-2022《耐火材料加热永久线变化试验方法》

验收关键控制点

附录：行业标准目录

YB/T4074-2014《高炉冷却壁镶砖》

GB/T25846-2010《碳化硅耐火制品》

YB/T4417-2014《氮化硅结合碳化硅耐火制品》

GB50211-2014《工业炉砌筑工程施工及质量验收规范》

T/CISA018-2020《高炉用碳化硅质镶砖技术要求》