高爐內(nèi)襯損壞機(jī)理及耐材選擇

高爐內(nèi)襯損毀的原因主要是爐料機(jī)械磨損、碳素沉積、渣鐵侵蝕、堿金屬侵蝕和鉛鋅滲透、熱應(yīng)力和高溫荷載等綜合因素，其中溫度是影響耐火材料壽命的決定性因素。

高爐內(nèi)襯損壞機(jī)理

爐冶煉是高溫下復(fù)雜的物理化學(xué)過程，耐火材料被破壞到一定程度，需要中修或大修，停爐大修是高爐一代壽命的終止。耐火材料破壞機(jī)理歸納為如下幾方面：

1、高溫渣鐵的滲透與侵蝕

在爐腰及爐腹部位形成熔融的鐵渣，向下流動(dòng)進(jìn)入爐缸，渣中的FeO、 MnO、CaO與磚中的SiO2相互作用，形成低熔點(diǎn)的化合物，使得磚襯表面軟熔。爐腹部位特別嚴(yán)重，開爐不久就被侵蝕完畢，僅靠冷卻壁上渣皮在工作。

液態(tài)鐵、重金屬及堿金屬的滲透，是爐缸爐底周圍破損的主要原因，鐵水沿砌體縫隙和氣孔滲透到砌體內(nèi)部凝固并析出石墨，體積膨脹，進(jìn)而擴(kuò)大裂縫使磚襯脫落或漂浮。

2、 高溫和熱震破損

冶煉過程中，爐內(nèi)溫度經(jīng)常波動(dòng)。當(dāng)溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力超過磚襯的極限，磚就開裂。實(shí)踐表明，爐體中下部磚襯就有裂紋并產(chǎn)生脫落。一般熱應(yīng)力使得磚襯內(nèi)平行于工作表面的50~ 100 mm深處產(chǎn)生裂紋，裂紋相互貫穿后出現(xiàn)大面積脫落。

3、爐料和煤氣流的摩擦沖刷及煤氣炭素沉積的破壞作用

高爐內(nèi)煤氣實(shí)際流速可達(dá)到15〜20 m/s，且攜帶大粉塵，上升煤氣流對(duì)耐火材料產(chǎn)生巨大沖刷磨損作用。爐腰部位折角處磨損尤為嚴(yán)重。爐身中上部爐料較為堅(jiān)硬，具有棱角，下降爐料的摩擦是磚襯破壞的重要原因。上升的煤氣中含有25%左右的CO，進(jìn)人磚襯氣孔和裂縫中的CO在400〜800℃分解產(chǎn)生炭素沉積，與耐火材料中的Fe2O3作用，使之還原為單質(zhì)Fe，而單質(zhì)Fe是CO分解的催化劑，加速炭素的沉積。隨著沉積碳所發(fā)生的晶型轉(zhuǎn)變而附帶產(chǎn)生的體積變化，磚襯組織松弛，強(qiáng)度下降，以至龜裂破壞。該破壞作用在耐火材料的爐腰和爐身中下部較為嚴(yán)重。

4、堿金屬和其他有害元素的破壞作用

爐料中的堿金屬和鋅，在高溫作用下沉積到爐料上再循環(huán)，部分沉積在耐火材料上，其余隨爐氣被排出。這些氧化物與耐火材料中氧化鋁和氧化硅反應(yīng)形成低熔點(diǎn)的鋁硅酸鹽，使得耐火材料軟熔并被沖刷損壞;堿金屬與熾熱的焦炭發(fā)生反應(yīng)，生成氰化物并同水蒸氣和CO2反應(yīng)生成氰化氫。氰化氫滲入磚襯內(nèi)分解產(chǎn)生碳沉積，對(duì)耐火材料起破壞作用。

綜上所述，高爐內(nèi)任何部位的破壞，都適多種破壞機(jī)理的交替綜合作用的結(jié)果。高爐壽命是爐型設(shè)計(jì)、耐火材料結(jié)構(gòu)及材質(zhì)、高爐冷卻設(shè)備與工藝制度、冶煉條件等因素的綜合作用的結(jié)果。

高爐耐火材料的選擇

高鋁磚對(duì)高爐渣的作用，鐵水沖蝕，高溫下的磨損，具有高的穩(wěn)定性，并對(duì)一氧化碳有惰性?？墒窃趬A介質(zhì)中，在高溫條件下工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)剛玉轉(zhuǎn)化為β-氧化鋁。這個(gè)轉(zhuǎn)化伴隨體積增大20％，而導(dǎo)致碎裂?；|(zhì)首先與堿蒸氣相互作用。剛玉磚用莫來石或鉻鋁的基質(zhì)代替剛玉結(jié)合，提高制品對(duì)堿作用的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步提高高爐耐火材料效率是采用碳化硅制品；特別是用于爐身下部和爐腹內(nèi)襯。碳化硅--化學(xué)惰性。對(duì)磨損，碳化硅耐火材料有非常高的穩(wěn)定性，與碳質(zhì)制品比較，碳化硅對(duì)氧化的穩(wěn)定性較好。高爐應(yīng)用碳化硅制品的主要問題是開發(fā)對(duì)堿具有足夠高穩(wěn)定性的結(jié)合劑。從試驗(yàn)的焦油結(jié)合碳化硅石墨制品，陶瓷(黏土)結(jié)合的，氧氮化物和氮化物結(jié)合的碳化硅制品，氮化物和氧氮化物Si3ON2結(jié)合的制品有比較好的穩(wěn)定性?？墒前l(fā)現(xiàn)自結(jié)合碳化硅制品更抗堿。既然自結(jié)合碳化硅制品制造困難，研究碳化硅含量各種組合的耐火材料：高鋁碳化硅的，石墨碳化硅的等。

鎂質(zhì)耐火材料在爐身下部，爐腰和爐腹經(jīng)過試驗(yàn)。它的壽命指標(biāo)比高質(zhì)量的黏土磚高些，然而低于碳化硅。爐身下部和爐腹選擇合適的耐火材料，現(xiàn)在還在繼續(xù)進(jìn)行。

爐身下部和爐腹經(jīng)過連續(xù)工作時(shí)間到5～8年，個(gè)別情況到10～12年。爐身和爐腹的中間修理(Ⅱ級(jí)檢修)，通常要12～18d完成。它是停爐，吹掉內(nèi)襯、冷卻，檢查，內(nèi)襯更換，檢修金屬構(gòu)件和設(shè)備以及熔爐。個(gè)別場(chǎng)合的修理主要進(jìn)行噴補(bǔ)。它由生產(chǎn)致密磚時(shí)應(yīng)用的同樣原材料構(gòu)成噴補(bǔ)料，利用氧化鐵含量低的礬土水泥或高鋁水泥做結(jié)合劑。已知是不停爐，修理體積不大的方法，在這種情況下，專用成分的耐火泥料通過爐殼的孔，小于1.5MPa的壓力下在爐中完成。這種泥料使用的黏結(jié)物質(zhì)或軟化溫度超過200℃的煤焦油，沖淡的液體油，瀝青或水玻璃結(jié)合的高鋁水泥。

爐身上部修理(II級(jí)修理)可以不冷爐進(jìn)行噴補(bǔ)。

爐床和爐缸內(nèi)襯基本上由碳質(zhì)砌筑。碳質(zhì)制品的優(yōu)越性表現(xiàn)它在還原或惰性氣氛中耐火度超過3000℃)高，隨溫度提高，強(qiáng)度增大，在很寬的溫度范圍內(nèi)體積不變，抗熱震性好，對(duì)金屬和渣的不潤(rùn)濕性以及能夠制取公差要求嚴(yán)格的大塊磚。爐床砌上3～4列有褶皺的炭質(zhì)大磚，長(zhǎng)到1.5～3.5m，斷面積(0.5～0.65)m×(0.5～0.65)m。爐床上面的墻砌上碳質(zhì)大磚。爐床中心上部系列用高鋁褶皺(預(yù)防浮起)磚完成。為了預(yù)防磚浮起還用所謂頂砌的方法砌磚。作者認(rèn)為耐火材料與生鐵相互作用的低溫度為1100～1150 ℃。如果爐床上部應(yīng)用高鋁制品，沿磚表層通過1100～1150℃等溫線，引起出鐵溫度為1450℃左右。高鋁磚在1100～1150℃等溫線層變薄時(shí)，磚外層溫度提高，出鐵溫度降低。這樣一來出鐵溫度成為高爐爐床內(nèi)襯狀態(tài)的指示器。比較大的爐子由爐床下面配備調(diào)節(jié)冷卻。爐床損毀的主要原因(磚浮起)——在鐵靜壓力作用下，鐵鉆進(jìn)磚之間的鋸齒縫里。所以爐床砌體要在精心準(zhǔn)備好的大磚試驗(yàn)臺(tái)上預(yù)先裝配。較大爐子的爐床耐火材料砌體的總厚度達(dá)到5m。必須預(yù)防爐子底座由于加熱(特別是不均勻)和爐床破壞時(shí)產(chǎn)生鐵的意外破口。

用碳質(zhì)和高鋁磚砌筑爐缸。爐缸墻的碳質(zhì)砌體用標(biāo)準(zhǔn)冷卻裝置或水套(二層爐殼幫助冷卻。爐缸上部(風(fēng)口帶)適合砌筑碳化硅耐火材料。           

高爐爐底和爐缸用碳磚的要求

爐缸、爐底應(yīng)選用全碳磚或復(fù)合碳磚爐底構(gòu)造，并應(yīng)選用優(yōu)異碳磚砌筑。大型高爐選用碳磚、SiC磚對(duì)延伸高爐壽數(shù)極為重要。在選用銅冷卻壁以后,高爐長(zhǎng)命的薄弱環(huán)節(jié)已從爐身中下部、爐腰、爐腹轉(zhuǎn)移到爐缸部位。所以加大對(duì)延伸爐缸壽數(shù)已成為高爐長(zhǎng)命作業(yè)的重點(diǎn)作業(yè)。這些年，中國(guó)一批高爐呈現(xiàn)爐缸水溫差增加的景象，乃至燒穿。應(yīng)當(dāng)采納歸納辦法，解決這方面疑問。

風(fēng)口帶宜選用組合磚構(gòu)造，通常運(yùn)用剛玉莫來石磚，或棕剛玉磚，也可用熱壓碳磚NMA或NMD磚。

高爐爐缸腐蝕的因素有：化學(xué)腐蝕、水蒸汽的氧化、鋅和堿金屬、熱應(yīng)力的破壞。

選用高導(dǎo)熱性的微孔碳磚，并對(duì)爐缸冷卻壁實(shí)施強(qiáng)化冷卻，使渣鐵構(gòu)成凝聚的1150℃溫度殘存于碳磚當(dāng)中，并要使之遠(yuǎn)離冷卻壁?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外高爐爐缸、爐底構(gòu)造是有3種根本類型：一為大塊碳磚砌筑，爐底設(shè)陶瓷墊;二是熱壓小塊碳磚，爐底設(shè)陶瓷墊;三是大塊或小塊碳磚砌筑，爐底設(shè)陶瓷杯。上述3種構(gòu)造方法均有高爐長(zhǎng)命的實(shí)習(xí)實(shí)例。

國(guó)內(nèi)外高爐均已選用高導(dǎo)熱碳磚、微孔碳磚和陶瓷墊構(gòu)造。高噴煤比的高爐，在操作上著重要活潑爐缸基地，又請(qǐng)求爐底基地要堅(jiān)持恰當(dāng)?shù)臏囟?。因此，大家逐漸注重陶瓷墊的阻熱效果，也注重陶瓷墊壽數(shù)的進(jìn)步，希望能取得爐底基地溫度的適中。

強(qiáng)化冷卻構(gòu)成凝聚層理論：在爐缸側(cè)壁選用有高導(dǎo)熱的耐火資料[600℃，18.4W/(m·K)，20℃，60～80W/(m·K)]。進(jìn)行強(qiáng)化冷卻以后，高導(dǎo)熱耐材、低孔隙度就能阻撓渣鐵的浸透，并具有高抗堿功能，可吸收有些熱應(yīng)力，配有高效的水冷卻系統(tǒng)條件下，就能將爐缸的熱量迅速地傳遞給冷卻水，將熱量帶出爐外，可有用地下降爐缸壁的溫度梯度，從而在爐缸側(cè)壁爐襯耐材的熱面構(gòu)成一層安穩(wěn)的凝聚保護(hù)層(即鐵水凝聚1150℃以下的等溫線，使?fàn)t底構(gòu)成安穩(wěn)的“鐵殼”保護(hù)層)，反抗?fàn)t缸側(cè)壁的“象腳”腐蝕，進(jìn)而取得爐缸長(zhǎng)命，其關(guān)鍵是爐缸側(cè)壁的導(dǎo)熱才能。這有些挑選耐材的重點(diǎn)是導(dǎo)熱性、防浸透性和避免發(fā)作環(huán)形裂紋的優(yōu)異耐材。對(duì)爐缸的保護(hù)，是著重表現(xiàn)冷卻的效果，及時(shí)對(duì)爐缸冷卻壁水溫差和爐皮溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，常常對(duì)簡(jiǎn)單構(gòu)成空地的部位進(jìn)行灌漿。

帶爐底冷卻的歸納爐底是比較合理的構(gòu)造。在冷卻管上有碳搗層，其上面砌上2～3層碳磚。關(guān)于不一樣部位要運(yùn)用不一樣功能的碳磚。鐵口以下是簡(jiǎn)單受到嚴(yán)峻腐蝕的當(dāng)?shù)兀每菇感愿叩奈⒖滋即u;爐底的底層要用具有高導(dǎo)熱性的碳化硅磚;別的部位是選用一般碳磚或微孔碳磚。關(guān)于鐵口以下的爐底周邊碳磚的長(zhǎng)度要增大，以進(jìn)步其反抗鐵和堿金屬對(duì)此處的強(qiáng)烈浸透和腐蝕才能;磚與磚之間的縫隙要將寬縫改為細(xì)縫(<0.5mm)進(jìn)行砌筑。

關(guān)于有&ldquo;陶瓷杯&rdquo;的歸納爐底構(gòu)造，學(xué)術(shù)上有爭(zhēng)議。一些人以為&ldquo;陶瓷杯&rdquo;的效果大,應(yīng)予加強(qiáng);另一些人以為，&ldquo;陶瓷杯&rdquo;在必定時(shí)間內(nèi)會(huì)消失掉，碳磚是起主導(dǎo)效果的，在爐缸側(cè)壁也運(yùn)用高抗鐵水浸透和高導(dǎo)熱性、高密度的壓小碳磚?？傮w上評(píng)述，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，均可完成高爐長(zhǎng)命，經(jīng)濟(jì)價(jià)值有所區(qū)別。

高質(zhì)量的微孔、超微孔碳磚(高密度的碳化硅磚是在大于1400℃,8小時(shí)以上條件下的焙燒)和壓小塊碳磚得到推行以后，中國(guó)高爐壽數(shù)得到明顯進(jìn)步。

美聯(lián)碳出產(chǎn)的小塊微空碳磚，熱壓成型，未經(jīng)高溫焙燒，就其實(shí)質(zhì)來說是類似于中國(guó)自燒炭磚，它適用于全碳構(gòu)造，不適用于陶瓷杯構(gòu)造;如將其用于陶瓷杯構(gòu)造，碳磚就沒有焙燒的機(jī)會(huì)，一旦陶瓷杯損壞，鐵水觸摸碳磚就易構(gòu)成溶蝕而呈現(xiàn)漏鐵或燒穿事端;如用在全碳構(gòu)造，碳磚可得到自焙燒，磚質(zhì)量好，砌筑標(biāo)準(zhǔn)，可以取得長(zhǎng)命，寶鋼3號(hào)4350m3高爐用它，爐齡到達(dá)19年，中國(guó)自產(chǎn)的這種熱壓微孔小塊碳磚，質(zhì)量是好的，并不比美聯(lián)碳的差，但有些高爐的壽數(shù)短，其因素在于砌筑質(zhì)量差，也即是筑爐辦理缺失或不到位，砌筑用漿不妥，磚縫過大構(gòu)成投產(chǎn)后呈現(xiàn)氣隙，乃至鐵水沿磚縫浸透。

對(duì)運(yùn)用小塊熱壓微空碳磚，有不一樣觀點(diǎn)。以為在800℃焙燒溫度下，碳磚不能得到炭化，砌筑縫隙大，又運(yùn)用陶瓷杯，爐缸碳磚沒有構(gòu)成狀況，會(huì)影響高爐爐缸壽數(shù)。

產(chǎn)品有問題，售后得不到解決怎么辦？產(chǎn)品質(zhì)量是重中之重，不要因?yàn)楸阋肆它c(diǎn)就放棄了質(zhì)量，很可能會(huì)對(duì)高溫窯爐設(shè)備或企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，一定要選擇正規(guī)廠家和售后服務(wù)質(zhì)量完善的耐火材料廠家。