熱風(fēng)爐用耐火材料襯里的使用與發(fā)展，熱風(fēng)爐用耐火材料的選擇主要是由熱風(fēng)溫度決定的。當(dāng)風(fēng)溫低于900℃時(shí)，一般選用粘土磚，使用壽命可達(dá)20年左右；當(dāng)風(fēng)溫在900~1100℃時(shí)，高溫部的爐襯和格子磚則用高鋁磚、莫來石磚或硅線石磚；當(dāng)風(fēng)溫高于1100℃時(shí)，一般選用高鋁磚、莫來石磚和硅磚作爐襯或格子磚。近年來，各國新建或改建的高爐熱風(fēng)爐主要是采用外燃式的，送風(fēng)溫度為1200~1350℃，拱頂溫度一般為1500~1550℃，甚至接近1600℃。因此，爐襯高溫部位和格子磚上層，普遍采用硅磚砌筑，使用效果較好。
日本大型高爐熱風(fēng)爐主要采用考伯斯式的，最近新日鐵式熱風(fēng)爐建造較多；西德則用考伯斯式或馬琴式熱風(fēng)爐，西歐其它國家多采用狄迪爾式熱風(fēng)爐；美國除建造一些外燃式熱風(fēng)爐外，十分重視內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的改造，即可獲得較高的風(fēng)溫，又能延長使用壽命。
美國在六十年代之前，高爐熱風(fēng)爐主要采用粘土磚和半硅磚砌筑。高爐使用一個(gè)爐役后，熱風(fēng)爐只更換蓄熱室上部3~5米高的格子磚，并清掃其余格子磚通道，又可繼續(xù)使用；六十年代中后期，隨著熱風(fēng)爐風(fēng)溫的提高，在高溫部位的襯里普遍采用高級或超級粘土磚、高鋁磚和莫來石磚；進(jìn)入七十年代，熱風(fēng)爐高溫部位一般用廉價(jià)的硅磚砌筑。當(dāng)蓄熱室上部溫度超過1420℃時(shí)，則采用抗堿蝕性強(qiáng)、導(dǎo)熱性能好和蓄熱量大的方鎂石格子磚。表為美國高爐熱風(fēng)爐用耐火磚的性能。西歐熱風(fēng)爐球頂、爐墻和格子磚上部，普遍采用黑硅磚砌筑。黑硅磚中，氧化鐵和氧化鈦的含量較高，真比重大，導(dǎo)熱性能好，蓄熱能力強(qiáng)，因此熱效率高。熱風(fēng)爐的中，下部爐墻和格子磚，則分別采用高鋁磚和粘土磚。
圖為英國商風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐用耐火材料的典型實(shí)例，從圖中看出，高溫部位全部采用硅磚砌筑，中溫部位的襯體和格子磚則用高鋁磚砌筑，熱風(fēng)出口附近襯體采用莫來石磚，其余部位普遍采用粘土磚砌筑。
西德最近五年來高爐熱風(fēng)爐用耐火材料沒有新的變化，典型熱風(fēng)爐材質(zhì)，從高溫區(qū)到低溫區(qū)依次采用硅磚、硅線石磚、莫來石磚、高鋁磚和粘土磚，其中有些磚的性能指標(biāo)略有提高。
蘇聯(lián)高爐熱風(fēng)爐的傳統(tǒng)材質(zhì)為：球頂和上部砌體采用Al2O3含量為62~72%的高鋁磚砌筑，中、下部砌體則用Al2O3含量為38%的粘土磚；最近，熱風(fēng)爐的風(fēng)溫顯著提高，因此球頂和上部6~7米高的部位一般采用低膨脹性硅磚砌筑，其余部位根據(jù)溫度的不同，分別采用莫來石磚、剛玉磚、高嶺土磚和粘土磚。
我國高爐熱風(fēng)爐一般為內(nèi)燃式的，其襯體和格子磚普遍采用高鋁磚和粘土磚砌筑；外燃式熱風(fēng)爐的高溫部位一般用硅磚砌筑，中、低溫部位則依次用高鋁磚和粘土磚。
表所列為日本高爐熱風(fēng)爐用耐火磚的性能和使用部位。從表中看出，不同的使用部位，選用了不同品種和牌號的耐火磚，做到物盡其用；同時(shí)，要充分考慮耐火磚的高溫蠕變性能，以便在長期工作中，確保生產(chǎn)的安全。另外，日本熱風(fēng)爐的壽命一般可供高爐兩個(gè)爐役使用，即為15~20年。
綜上所述，高爐熱風(fēng)爐采用的耐火材料，各國大同小異。風(fēng)溫提高以后，高溫部位的爐頂、爐墻和格子磚普遍采用硅磚砌筑。因?yàn)楣璐u荷重軟化溫度高，幾乎接近其熔融溫度；在600℃以上時(shí)，體積穩(wěn)定性好，重?zé)€變化等于零或略有膨脹，且有較強(qiáng)的抗堿蝕能力。同時(shí)，硅磚的高溫蠕變性能特別好，如圖所示。圖中，硅磚系在1.0公斤/厘米2荷重和加熱1550℃的條件下測定的；硅酸鋁質(zhì)磚施加的荷重為2.0公斤/厘米2，加熱溫度分別為1350℃和1300℃。
但是，硅磚體積密度較小，蓄熱能力較差，在600℃以下時(shí)，易發(fā)生品型轉(zhuǎn)化，破壞砌體的整體性。因此，各國均規(guī)定了硅磚的最低使用溫度，一般應(yīng)大于600℃，日本則規(guī)定要大于800℃。另外，在低溫階段烘爐時(shí)，要慎重進(jìn)行，以保證品型的緩慢轉(zhuǎn)化而不損傷砌體。
應(yīng)當(dāng)指出，西歐同美國一樣，在熱風(fēng)爐蓄熱室上部試用了MgO含量為95~96%的高熱容量的方鎂石磚，在中、下部則一般用廉價(jià)的半硅磚。半硅磚的高溫蠕變性和體積穩(wěn)定性均比粘土磚好，而熱能穩(wěn)定性又比硅磚好。另外，在蓄熱室上部和溫變變化較大的部位，也有采用莫來石磚砌筑的。莫來石磚的荷重軟化溫度和高溫蠕變性能與硅磚相似，而且低溫時(shí)體積穩(wěn)定性好，開停爐時(shí)較方便；單位體積內(nèi)蓄熱能力大，如設(shè)粘土磚的蓄熱能力為1，硅線石磚則為1.14，硅磚僅為0.85，而莫來石磚則為1.2。但是，制造莫來石磚時(shí)，消耗能源較大，成本比硅磚高得多。圖為各國熱風(fēng)爐溫度與格子磚材質(zhì)的關(guān)系。圖內(nèi)標(biāo)明的數(shù)字為氧化鋁的含量。從圖中看出，隨著熱風(fēng)爐風(fēng)溫的提高，耐火磚質(zhì)量也不斷提高，以高溫區(qū)為例，從粘土磚發(fā)展到硅磚，高鋁磚、硅線石磚、紅柱石磚和莫來石磚。如前所述，方鎂石磚的應(yīng)用也是有前途的。
高爐熱風(fēng)爐用格子磚的形狀，尺寸和排列方式的不同，傳熱效能也有較大差異。美國、日本、西德和我國等國家普遍采用蜂窩狀格子磚。蘇聯(lián)近兒年對格子磚的形狀和傳熱效能進(jìn)行了廣泛地研究，強(qiáng)調(diào)采用大塊多孔（孔數(shù)為12或27個(gè)，孔徑為25或30毫米）的格子磚，并獲得良好的使用效果。
目前，世界各國采用外燃式熱風(fēng)爐已超過190座，而且在繼續(xù)發(fā)展。與此同時(shí)，不少國家對內(nèi)燃式熱風(fēng)爐也進(jìn)行了研究和改造，其中荷蘭霍戈文公司的改造設(shè)計(jì)較成功，可使熱風(fēng)達(dá)到1200℃左右。該熱風(fēng)爐稱為霍戈文型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，其主要技術(shù)措施是將金屬燃燒器改為陶瓷燃燒器，能合理組織燃燒，提高燃燒溫度，減少脈動現(xiàn)象；為保持隔墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止裂縫、“短路”和傾倒，砌筑時(shí)應(yīng)預(yù)留膨脹縫，以便使垂直和水平兩個(gè)方向均能自由移動。同時(shí)，隔墻中間砌筑輕質(zhì)磚，靠低溫側(cè)放置耐熱鋼板，這樣做可以降低砌體的溫度梯度，減少熱應(yīng)力的損壞，杜絕短路事故的發(fā)生；爐頂采用蘑菇形拱頂，并座落在箱形圈梁上，與熱風(fēng)爐大墻之間留有移動縫。這種爐頂構(gòu)造型式，受力均勻，使用壽命長，但磚型較復(fù)雜。為此，簡化爐頂磚型，砌筑成錐形拱頂，熱交換作用更好些，使用壽命也長，是今后發(fā)展的一個(gè)重要方向。
霍戈文型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐于1973年投產(chǎn)，其球頂溫度可達(dá)1500℃，熱風(fēng)溫度為1200℃左右。生產(chǎn)四年后檢查，隔墻不彎曲、不開裂和不漏氣，其它爐襯均是完好的。該熱風(fēng)爐在荷蘭高爐上使用較多，并在美、英、澳、墨和加拿大等國家中建立了13座，滿足了高爐操作的高風(fēng)溫要求。我國對高爐用內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的改造，也采用了類似荷蘭的設(shè)計(jì)方案，爐子風(fēng)溫高、壽命長比新建外燃式熱風(fēng)爐節(jié)約投資30%左右。
眾所周知，外燃式熱風(fēng)爐和霍戈文型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐均能提供較高溫度的熱風(fēng)，但前者占地多，投資大，爐頂節(jié)點(diǎn)處砌體壽命較低，而后者隔墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣流分布不均勻，進(jìn)一步提高風(fēng)溫受到一定的限制。因此，各國正在研究無爐身結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐，即頂燃式熱風(fēng)爐。我國首都鋼鐵公司2號高爐爐容為1327米3，首次成功的采用了頂燃式熱風(fēng)爐，風(fēng)溫可達(dá)到1200℃以上。該爐高溫區(qū)采用硅磚砌筑，燃燒器周周用耐火澆注料澆灌。圖為首鋼頂燃式熱風(fēng)爐爐頂結(jié)構(gòu)簡圖。西德、日本和蘇聯(lián)等國家，頂燃式熱風(fēng)爐都仍處于工業(yè)性試驗(yàn)階段。
高爐熱風(fēng)爐如用輕質(zhì)耐火磚時(shí)，應(yīng)當(dāng)與工作層的材質(zhì)相適應(yīng)，即硅磚爐襯，則用輕質(zhì)硅磚作隔熱層。表為日本熱風(fēng)爐用輕質(zhì)耐火磚的性能。
高爐熱風(fēng)爐風(fēng)溫提高以后，球頂爐殼因受爐氣中酸性冷凝液的侵蝕而產(chǎn)生晶間應(yīng)力，造成裂紋或開裂。當(dāng)爐頂隔熱層太厚時(shí)，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。為此，各國采取了不少保護(hù)措施，如砌筑完輕質(zhì)耐火磚后，鑲一層鋁波紋板以防止酸氣的溢出，然后再砌工作襯：西德在球頂爐殼上噴一層硅質(zhì)耐酸噴涂料，日本和美國等國家則用改性樹脂調(diào)制成耐高溫的耐酸涂抹料，涂抹在高溫部位的爐殼內(nèi)表面，以防止酸液的侵蝕。
燃燒器的結(jié)構(gòu)型式和操作制度，對高爐熱風(fēng)爐的工作有較大的影響。目前，大中型高爐熱風(fēng)爐普遍采用陶瓷燃燒器。該類燃燒器是在燃燒室內(nèi)用耐火材料建造的，工作是周期性的，溫度波動約為600℃，并受氣流沖刷和化學(xué)侵蝕的作用，使用條件較差。
陶瓷燃燒器自從六十年代初期出現(xiàn)以來，空煤氣通道一般采用高鋁磚和粘土磚砌筑，有輻射孔部分則用莫來石磚或莫來石剛玉磚建造；我國高爐熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器普遍用耐火澆注料預(yù)制成型為大塊，在現(xiàn)場吊裝，施工速度快，使用效果好；蘇聯(lián)亞速鋼廠在4號高爐熱風(fēng)爐上，采用MKB-72英來石磚徹筑陶瓷燃燒器上部噴嘴處，使用13個(gè)月，砌體就出現(xiàn)裂縫，但仍可繼續(xù)使用；當(dāng)用MKF-80莫來石剛玉磚砌筑時(shí)，1976年1月投產(chǎn)，使用3.5年后，襯體仍然是完好的。這兩種磚的性能，如表所示。
熱風(fēng)出口周圍爐墻，以及與主風(fēng)管接口處和風(fēng)管拐角處等部位的襯體，一般采用高鋁磚或莫來石磚砌筑。由于該處構(gòu)造復(fù)雜、溫度高，當(dāng)采用抗蠕變能力差的磚時(shí)，常常發(fā)生掉磚現(xiàn)象，致使?fàn)t殼或管殼發(fā)紅、被迫降溫操作其至停爐。例如，西德某高爐外燃式熱風(fēng)爐的平均風(fēng)溫為1246℃，最高時(shí)為1380℃。其風(fēng)口周圍和風(fēng)管接口或拐角處等部位的襯體，當(dāng)采用Al2O3含量為70%的紅柱石磚砌筑時(shí)，生產(chǎn)12個(gè)月就發(fā)生了掉磚現(xiàn)象；改用燒結(jié)剛玉磚后，使用壽命為15~27個(gè)月；當(dāng)采用高鋁磚或莫來石磚砌筑風(fēng)口周圍爐墻、并用黑硅磚砌筑主風(fēng)管內(nèi)襯時(shí)，獲得了優(yōu)良的使用效果。
熱風(fēng)爐風(fēng)口或其它孔洞處的襯體發(fā)生局部損壞時(shí)，日本采用水玻璃硅酸鋁質(zhì)壓入料進(jìn)行修補(bǔ)，取得了較好的效果。例如某廠1號熱風(fēng)爐距地面25米處的測溫孔附近，爐殼溫度達(dá)到180~270℃，影響生產(chǎn)。為此，在測溫孔周圍爐殼上鉆孔，并安裝噴嘴，采用1.0公斤/厘米的壓力擠進(jìn)1570公斤耐火壓人料。修補(bǔ)后，爐殼溫度降低到60~90℃，使用一年多，其溫度仍未升高，即耐火壓入料修補(bǔ)的襯體是良好的。
高爐熱風(fēng)圍管等部位，一般采用耐火磚砌筑，粘土磚工作層厚170毫米，輕質(zhì)磚隔熱層厚350毫米。如果按照施工規(guī)程精心砌筑，其管殼外表溫度一般低于100℃。
送風(fēng)支管和熱風(fēng)閥等部位的襯體，一般采用耐火澆注料澆灌。該材質(zhì)應(yīng)具有體積穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱震穩(wěn)定性好及施工方便等特點(diǎn)，在生產(chǎn)過程中襯體不剝落、不龜裂，使用壽命長。例如，日本4000米3以上的大型高爐送風(fēng)管系統(tǒng)，一般采用牌號BPC-1超高鋁質(zhì)耐火澆注料作襯體。該料采用高級鋁酸鹽水泥作結(jié)合劑，氧化鋁粉作粉料，剛玉作耐火骨料。這種材料制作的襯體，使用壽命較高，但導(dǎo)熱性大，散熱快，管殼溫度較高；目前，日本大中型高爐的送風(fēng)管、連接管和熱風(fēng)閥等部位的襯體，一般采用牌號為CN140和H160-1耐火澆注料制作，獲得了較好的使用效果。
圖為加古川鋼鐵廣1號高爐送風(fēng)支管示意圖。圖中彎管、上部球面、噴管座、下部球面和噴嘴的工作襯用耐火澆注料澆灌，其厚度分別為75~110、75、75~95、75和40毫米；其隔熱層用輕質(zhì)耐火澆注料澆灌，厚度分別為50~110、50、50、50和33毫米。
日本高爐熱風(fēng)閥系用特殊鋼制作的，表面澆灌耐火澆注料襯體，使用壽命般為2.5年左右。
最近，為了提高直噴管壽命和節(jié)能，日本播魔耐火材料公司采用離心成型機(jī)制作雙層耐火澆注料管襯。首先將直噴管安放在成型機(jī)上，倒進(jìn)導(dǎo)熱系數(shù)為0.18千卡/米·時(shí)·℃的輕質(zhì)耐火澆注料，離心成型隔熱層（厚度為20~40毫米）；養(yǎng)護(hù)后，再成型耐火澆注料工作層（厚度為40~50毫米）。普通澆灌法施工的管襯，平均使用壽命為72個(gè)月；采用離心法成型的管襯，開始時(shí)的平均壽命為13.8個(gè)月，經(jīng)過改進(jìn)后，平均壽命達(dá)到38.4個(gè)月。管殼表面溫度從354℃降低到268℃。
我國某廠大型高爐熱風(fēng)圍管與送風(fēng)支管等部位用磷酸高鋁質(zhì)耐火澆注料作內(nèi)襯，使用一個(gè)爐役，僅有輕微磨損，直噴管部分也用同樣材質(zhì)手工搗制，使用壽命比耐火磚襯體好。
表為日本高爐系統(tǒng)用不定形耐火材料的性能和使用部位。生產(chǎn)實(shí)踐證明，各國在高爐系統(tǒng)中，不少部位采用了不定形耐火材料作襯體，取得了良好的效果。
