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高炉耐火材料配置及侵蚀机理

发布日期: 2020-10-30 09:50:38    阅读量(121)    作者:

近二十余年来,高炉炼铁技术发展非常迅速,高炉寿命逐渐延长。由80年代的8年、10年、15年,现已达到24年以上的寿命。国内大型高炉,如宝钢2号高炉、武钢5号高炉寿命也达到了15年以上。

我国高炉寿命虽有一定程度的延长,表1所示为国内外部分长寿高炉,但就与国外先进水平相比仍有较大差距。高炉长寿主要取决于以下因素:炉型结构设计、耐火材料的选用、冷却设备的匹配及施工质量、生产操作、内衬修补等等。尤其是高炉运行到中后期以后,炉衬会出一定的破坏,从而影响高炉的安全运行。因此,合理有效的高炉维修技术是实现高炉长寿的关键措施之一。高炉本体耐火材料配置情况本身是影响高炉长寿的重要因素之一;同时,熟悉地掌握高炉本体耐火材料的配置情况也是选择或制定有针对性的高炉耐火材料内衬维修技术的依据所在。

1、高炉耐火材料配置

随着高炉朝着大型化、高效化和长寿化发展,高炉用耐火材料也有了较大的变化,长寿、高效新型耐火材料逐步得到认可与应用。宝钢不同时代所建高炉的耐火材料配置(见表2)正是这一变化的缩影。

(1)炉身上、中部用耐火材料

炉身上、中部工作环境温度较低,无炉渣形成和渣蚀危害,但要承受来自固体物料的磨蚀、高温气流的冲蚀和一定的化学侵蚀。所以,炉身上、中部内衬多采用低气孔率的优质黏土砖及高铝砖,甚至是具有良好耐剥落性和耐磨性的磷酸盐结合的黏土砖或者硅线石质耐火砖。

(2)炉身下部用耐火材料

在高炉炉身下部的耐火材料选用方面一直并存着两种主张。耐火材料学派认为炉身下部耐火材料的损坏主要是由高温磨损和化学侵蚀所致,所以建议选用低导、高强且抗侵蚀能力强的优质硅酸铝质和碳化硅制品,如刚玉质、Sialon结合SiC砖等。热力学学派则认为温度波动是造成高炉内衬的损坏主要因素,并建议通过高效的冷却系统配置,并选用炭质、石墨质等高导热作为内衬材料,以降低炉衬的热面温度而抵抗高强度的热冲击;同时,促进渣皮保护层形成来延长内衬耐火材料的使用寿命[8]。

表1世界部分长寿高炉

(3)炉腹、炉腰用耐火材料

炉腹、炉腰及炉身下部是高炉内物料相互反应的重点区域,同时受到物料磨损、热气流的冲刷及有害元素的侵蚀,还要受到熔融物料的熔蚀。因此,用于该部位的耐火材料必须具备良好的抗侵蚀性、抗氧化性、抗碱性、高导热性、抗热震性和耐磨性。

天津快乐十分开奖结果 (4)炉缸、炉底用耐火材料

天津快乐十分开奖结果 炉底、炉缸耐火材料除受高温作用外,还受到渣铁的化学侵蚀与铁水的冲刷作用,同时碱和锌的侵蚀也十分严重。因此,炉底、炉缸耐火材料需具备良好的抗侵蚀性、渗透性、耐碱性等。目前,国内外高炉炉底、炉缸主要采用全炭质和炭质材料—陶瓷两种结构。

表2宝钢高炉的耐火材料和冷却方式配置

全炭材料结构认为通过采用具有高导热系数的半石墨质炭块,快速将热量传递给冷却系统,实现热平衡。同时,这也有利于降低工作面温度,促进渣皮状附着物形成,将800℃等温线推至炭砖以外,实现炉缸系统的安全与长寿。

炭质材料—陶瓷材料复合结构设计赞同全炭材料结构设计的同时,认为增加抗侵蚀、耐冲刷和热震性良好的陶瓷材料制成的陶瓷杯,将炉缸内的炭质材料与铁水及其他混合物分隔,可在一段时间内杜绝铁水对炭质材料炉缸的侵蚀,实现炉缸系统的安全高效长寿。如宝钢2号高炉就是炭质材料—陶瓷材料复合炉底炉缸结构(图1)。

图1炭质材料—陶瓷材料复合高炉炉缸衬结构

2、高炉用耐火材料的侵蚀机理

高炉物料在下降过程中,不断发生热交换,导致炉内温度、压力和气氛的差异,不同部位耐火材料的损毁机理也不同。高炉内衬耐火材料的侵蚀机理及其所占比例大体为:碱金属侵蚀占40%;CO、H2O等的氧化作用占20%;耐磨损性占10%;导热性差占10%;热震损坏占15%;培渔侵蚀占5%。事实上,高炉内衬的损毁是几种侵蚀破坏因素综合作用的结果,如图2所示。



天津快乐十分开奖结果 图2高炉内村侵蚀因素及侵蚀程度比较

高炉炉身上部内衬磨损最严重,炉腹、炉腰和炉身下部的侵蚀最严重。炉腹、炉腰和炉身中、下部主要受到高温的煤气和淹铁的冲刷、高热流强度及热冲击、碱金属和梓的破坏三个方面的侵蚀。其中碱金属和锌的破坏作用最大,热震破坏和磨损次之,渣侵蚀最小。

近年来,为了提高高炉利用系数,铁水温度有所提高,从而使炉缸耐火材料内衬的损毁更严重,尤其是铁口区及铁口以下的异常侵蚀区域,成为制约高炉寿命的关键部位。

高炉炉底中部侵蚀较多,容易形成“锅底形”侵蚀。而炉缸侵蚀的形状多为“象脚形”,造成这种异常侵蚀的原因有:一是铁水渗透及其环流造成炭砖结构变化和磨损;另外,炭砖内部800℃等温线上的碱侵蚀、气体与碱金属反应,生成碳酸盐沉积在炭砖中,并与碳反应,随着生产的延续,这种反应延续进行,最后形成脆化层。反应式为:

天津快乐十分开奖结果 2K(g)+2CO2(g)=K2CO3(1)+CO(g)(1)

K2CO3(1)+2C(s)=K(g)+3CO(g)(2)

因此,在选择炉缸、炉底用耐火材料时,应针对上述机理选择或开发综合性能优异的材料,同时考虑采用复合炉缸结构,即工作层用致密耐火材料以提高抗铁水渗入和耐碱侵蚀,在靠近冷却壁处用高导热材料。

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