高炉炼铁机理及耐火材料选择

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1、高炉炼铁机理及耐火材料选择摘要：在21世纪的最初几年，我国的练铁技术取得了巨大进步，这不仅表现在技术经济指标的显著提高，同时还表现在设备上有了飞速发展，其中有些已经进入了世界先进行列。按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬。高炉炉衬的作用在于构成高炉的工作空间，减少热损失，并保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。关键词：高炉设计耐火材料机理一、炉衬破坏机理高炉炉衬的寿命决定高炉一代寿命的长短。高炉内不同部位发生不同的物理化学反应，所以需要具体分析各部位炉衬的破坏机理。1、炉底根据高炉停炉大修前炉底破损状况和生产中炉底温度等检测接过知道炉底破损分为两个阶段，

2、初期是铁水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑，第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。铁水渗入的条件：一是炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的10%～20%；二是砌砖存在砖缝和裂缝。7熔结层中砖与砖已烧结成一个整体，能抵抗铁水的渗入，并且坑底面的铁水温度也较低，砖缝已不再是铁水渗入的薄弱环节了，这时炉衬损坏的主要原因转化为铁水中的碳将砖中的二氧化硅还原成硅，并被铁水所吸收的化学侵蚀。反应方程式如下：SiO2+2[C]+[Fe]=[FeSi]+2CO从上述炉底破损机理看出，影响炉底寿命因素：首先是它承受的高压，其次是高温，再次是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底的冲刷，炉底的砖衬在加热

3、过程中产生温度应力引起转层开裂，此外在高温下渣铁也对砖衬有化学侵蚀作用，特别是渣液的侵蚀更为严重。2、炉缸炉缸下部是盛渣铁液的地方，而且周期地进行聚集和排出，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要破坏因素。高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素。整个高炉的最高温度区域是炉缸上部的风口带，此处炉衬内表面温度高达1300oC～1900oC，所以砖衬的耐高温性能和相应的冷却措施都是非常重要的。3、炉腹此处距风口带近，故高温热应力作用很大。由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料时的冲击力的影响。另

4、外还承受初渣的化学侵蚀。由于初渣中的FeO、MnO以及自由CaO含量较高，初渣中FeO、MnO、7CaO与砖衬中的SiO2反应，生成低熔点化合物，是砖衬表面软熔，在液态渣铁和煤气流的冲刷下而脱落。在实际生产中，往往开炉不久这部分炉衬便被完全侵蚀掉，增加炉衬厚度也无济于事，而是靠冷却壁上的渣皮维持生产。4、炉身炉身中下部温度较高，故热应力的影响较大，同时也受到初渣的化学侵蚀以及碱金属和锌的化学侵蚀。另外，碳素沉积也是该部位炉衬损坏的一个原因。在炉身上部炉料比较坚硬，具有棱角，下降炉料的磨损和夹带着的大量炉尘的高速煤气流的冲刷是这部位炉衬损坏的主要原因。5、炉喉炉喉受到炉料落下时

5、的撞击作用，故都用金属保护板加以保护，又称炉喉钢砖，即使如此，它仍会在高温下失去强度和由于温度分布不均匀而产生热变形，炉内的煤气流频繁变化时损坏更为严重。对于大中型高炉来说，炉身部位是整个高炉的薄弱环节，这里的工作条件虽然比下部好，但由于没有渣皮的保护，寿命反而较短。对于中小型高炉，炉缸是薄弱环节，常因炉缸冷却不良、堵铁口泥泡能力小而发生炉缸烧穿事故。最终决定炉衬寿命的因素有：71）炉衬质量，是决定炉衬寿命的关键因素，如耐火砖的化学成分、物理性质、外形公差等。2）砌筑质量，砌缝大小及是否均匀，膨胀缝是否合理，填料是否填实等。3）操作因素，如开炉时的烘炉质量，正常操作时各项操作

6、制度是否稳定、合理。4）炉型结构尺寸是否合理，如炉身角炉腹角。另一方面高炉内也存在着保护炉衬的因素，如合理的冷却设备、渣皮的形成、炉壳的存在，都有助于炉衬的保护，减弱了高温热应力的破坏[6]。二、高炉用耐火材料1、高炉对耐火材料的要求根据高炉炉衬的工作条件和破坏机理，砌筑材料的质量对炉衬寿命有重要影响，故对高炉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开始软化的温度。它表示了耐火材料承受高温的能力。2）荷重软化点要高。将直径36mm高50mm的试样在0.2MPa荷载下升温，当温度达到某一定值时，试样高度突然降低。这个温度就是荷重软化点。荷重软化点能够更确切的评

7、价耐火材料的性能。3）Fe2O3的含量要低。4）重烧收缩要小。重烧收缩也称残余收缩，是表示耐火材料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺度。75）气孔率要低。气孔率是耐火材料的重要指标之一，在高炉冶炼条件下，如果砖衬材料的气孔率大，则为石墨和锌沉积创造了条件，从而引起炉衬破坏。2、高炉常用耐火材料高炉常用耐火材料主要有陶瓷材料和碳质材料材料两大类。陶瓷质材料包括黏土砖、高铝砖、钢玉砖和不定形耐火材料等；碳质材料包括碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等。1）黏土砖和高铝砖。粘土砖是高炉上应用最广泛