煉鐵高爐的介紹

一、爐襯破壞機理

高爐爐襯的壽命決定高爐一代壽命的長短。高爐內(nèi)不同部位發(fā)生不同的物理化學(xué)反應(yīng)，所以需要具體分析各部位爐襯的破壞機理。

1、爐底

根據(jù)高爐停爐大修前爐底破損狀況和生產(chǎn)中爐底溫度等檢測結(jié)果知道爐底破損分為兩個階段，初期是鐵水滲入將磚漂浮而形成鍋底形深坑，第二階段是熔結(jié)層形成后的化學(xué)侵蝕。鐵水滲入的條件：一是爐底砌磚承受著液體渣鐵、煤氣壓力、料柱重量的10%~20%；二是砌磚存在磚縫和裂縫。

熔結(jié)層中磚與磚已燒結(jié)成一個整體，能抵抗鐵水的滲入，并且坑底面的鐵水溫度也較低，磚縫已不再是鐵水滲入的薄弱環(huán)節(jié)了,這時爐襯損壞的主要原因轉(zhuǎn)化為鐵水中的碳將磚中的二氧化硅還原成硅，并被鐵水所吸收的化學(xué)侵蝕。反應(yīng)方程式如下:

SiOz+2[C]+[Fe]--[FeSi]+2CO

從上述爐底破損機理看出，影響爐底壽命因素：首先是它承受的高壓，其次是高溫,再次是鐵水和渣水在出鐵時的流動對爐底的沖刷，爐底的磚襯在加熱過程中產(chǎn)生溫度應(yīng)力引起轉(zhuǎn)層開裂，此外在高溫下渣鐵也對磚襯有化學(xué)侵蝕作用，特別是渣液的侵蝕更為嚴重。

2、爐缸

爐缸下部是盛渣鐵液的地方，而且周期地進行聚集和排出，所以渣鐵的流動、爐內(nèi)渣鐵液面的升降，大量的煤氣流等高溫流體對爐襯的沖刷是主要破壞因素。高爐爐渣偏堿性而常用的耐火磚偏酸性，故在高溫下化學(xué)性渣化，對爐缸磚襯是一個重要的破壞因素。整個高爐的最高溫度區(qū)域是爐缸上部的風(fēng)口帶，此處爐襯內(nèi)表面溫度高達1300℃~1900℃，所以磚襯的耐高溫性能和相應(yīng)的冷卻措施都是非常重要的。

3、爐腹

此處距風(fēng)口帶近，故高溫?zé)釕?yīng)力作用很大。由于爐腹傾斜故受著料柱壓力和崩料、坐料時的沖擊力的影響。另外還承受初渣的化學(xué)侵蝕。由于初渣中的 FeO、MnO 以及自由 CaO 含量較高，初渣中 FeO、MnO、CaO與磚襯中的 SiO,反應(yīng),生成低熔點化合物,是磚襯表面軟熔，在液態(tài)渣鐵和煤氣流的沖刷下而脫落。在實際生產(chǎn)中，往往開爐不久這部分爐襯便被完全侵蝕掉，增加爐襯厚度也無濟于事，而是靠冷卻壁上的渣皮維持生產(chǎn)

4 、爐身

爐身中下部溫度較高，故熱應(yīng)力的影響較大，同時也受到初渣的化學(xué)侵蝕以及堿金屬和鋅的化學(xué)侵蝕。另外，碳素沉積也是該部位爐襯損壞的一個原因。在爐身上部爐料比較堅硬，具有棱角，下降爐料的磨損和夾帶著的大量爐塵的高速煤氣流的沖刷是這部位爐襯損壞的主要原因。

5、爐喉

爐喉受到爐料落下時的撞擊作用，故都用金屬保護板加以保護，又稱爐喉鋼磚，即使如此，它仍會在高溫下失去強度和由于溫度分布不均勻而產(chǎn)生熱變形，爐內(nèi)的煤氣流頻繁變化時損壞更為嚴重。對于大中型高爐來說，爐身部位是整個高爐的薄弱環(huán)節(jié)，這里的工作條件雖然比下部好，但由于沒有渣皮的保護，壽命反而較短。對于中小型高爐，爐缸是薄弱環(huán)節(jié)，常因爐缸冷卻不良、堵鐵口泥泡能力小而發(fā)生爐缸燒穿事故。

最終決定爐襯壽命的因素有：

1）爐襯質(zhì)量，是決定爐襯壽命的關(guān)鍵因素，如耐火磚的化學(xué)成分、物理性質(zhì)、外形公差等。

2）砌筑質(zhì)量，砌縫大小及是否均勻，膨脹縫是否合理，填料是否填實等。

3）操作因素，如開爐時的烘爐質(zhì)量，正常操作時各項操作制度是否穩(wěn)定、合理。

4）爐型結(jié)構(gòu)尺寸是否合理，如爐身角爐腹角。另一方面高爐內(nèi)也存在著保護爐襯的因素，如合理的冷卻設(shè)備、渣皮的形成、爐殼的存在，都有助于爐襯的保護，減弱了高溫?zé)釕?yīng)力的破壞響。

二、高爐用耐火材料

1、高爐對耐火材料的要求根據(jù)高爐爐襯的工作條件和破壞機理，砌筑材料的質(zhì)量對爐襯壽命有重要影響，故對高爐用耐火材料提出以下要求:

1）耐火度要高。耐火度是指耐火材料開始軟化的溫度。它表示了耐火材料承受高溫的能力。

2）荷重軟化點要高。將直徑 36mm 高50mm 的試樣在 0.2MPa 荷載下升溫，當(dāng)溫度達到某一定值時，試樣高度突然降低。這個溫度就是荷重軟化點。荷重軟化點能夠更確切的評價耐火材料的性能。

3）Fe2O3的含量要低。

4）重?zé)湛s要小。重?zé)湛s也稱殘余收縮，是表示耐火材料升至高溫后產(chǎn)生裂紋可能性大小的一種尺度。

5）氣孔率要低。氣孔率是耐火材料的重要指標之一，在高爐冶煉條件下，如果磚襯材料的氣孔率大，則為石墨和鋅沉積創(chuàng)造了條件，從而引起爐襯破壞。

2、高爐常用耐火材料

高爐常用耐火材料主要有陶瓷材料和碳質(zhì)材料材料兩大類。陶瓷質(zhì)材料包括黏土磚、高鋁磚、鋼玉磚和不定形耐火材料等；碳質(zhì)材料包括碳磚、石墨碳磚、石墨碳化硅磚、氮結(jié)合碳化硅磚等。

1）黏土磚和高鋁磚。

粘土磚是高爐上應(yīng)用最廣泛的耐火磚，它有良好的物理機械性能，化學(xué)成分與爐渣相近，不易和渣起化學(xué)反應(yīng)，有較好的機械性能，成本較低。高鋁磚是 Al2O3含量大于 48%的耐火制品，它比黏土磚有更高的耐火度和荷重軟化點，由于 Al2o3為中性，故抗渣性較好，但是加工困難，成本較高。粘土磚和高鋁磚的外形質(zhì)量也非常重要，特別是精細砌筑部位更為嚴格，有時還需要再磨制加工才能合乎質(zhì)量要求，所以在貯運過程中要注意保護邊緣棱角，否則會降低級別甚至報廢。

2）碳質(zhì)耐火材料

近代高爐逐漸大型化，冶煉強度也有多提高，爐襯熱負荷加重，碳質(zhì)耐火材料具有獨特的性能，因此逐漸應(yīng)用到高爐上來，尤其是爐缸爐底部位幾乎普遍采用碳質(zhì)材料，其它部位爐襯的使用量也日趨增加。碳質(zhì)耐火材料的特性如下：①耐火度高，碳是不熔化物質(zhì)在 3500℃升華，在高爐冶煉溫度下碳質(zhì)耐火材料不熔化也不軟化；②碳質(zhì)耐火材料具有良好的抗渣性，對酸和堿性爐渣都具有很好的抗蝕能力；③具有高導(dǎo)熱性，抵抗熱震性好，可以很好的發(fā)揮冷卻器的作用，有利于延長爐襯壽命；④膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好；⑤致命弱點是易氧化，對氧化性氣氛抵抗能力差。

3）不定形耐火材料

不定形耐火材料主要要有搗打料、噴涂料、澆注料、泥漿和填料等。按成分可分碳質(zhì)不定形耐火材料和黏土質(zhì)不定形耐火材料。耐火泥漿的作用是填充磚縫，將磚黏結(jié)成整體。耐火泥漿由散狀耐火材料調(diào)制而成,它應(yīng)該有良好的筑爐性

能，及良好的流動性、可塑性及保水性，還要有良好的高溫性能保證在高溫下性能穩(wěn)定及氣孔率低。不定形耐火材料與成形耐火材料相比，具有成形工藝簡單、能耗低、整體性好、抗熱震性強、耐剝落等優(yōu)點；還可以減小爐襯厚度，改善導(dǎo)熱性等。

三、結(jié)束語

高爐爐襯是按照設(shè)計的爐形用耐火材料砌筑而成的。耐火材料直接承受高溫作用以及化學(xué)侵蝕、爐料和煤氣運動的磨損等多種因素的破壞作用，故爐襯結(jié)構(gòu)和耐火材料的材質(zhì)直接影響到爐襯壽命。耐火材料的選用應(yīng)與高爐內(nèi)型部位相配合，與原料條件相適應(yīng)，與冷卻設(shè)備配合合理。