耐火磚廠家：高爐耐火磚受損壞的原因及解決辦法
高爐的耐火磚襯圍砌成冶煉空間，所以它是生產(chǎn)操作時的工作表面，受到多種因素的破壞，歸納起來分為兩大類：
1、由高爐冶煉過程自身特點確定的且是連續(xù)作用的因素;
2、結(jié)構(gòu)生產(chǎn)因素。
前者是第一位的，后者是第二位的。設(shè)計者和生產(chǎn)者應(yīng)盡量克服第二類因素的作用，減輕第一類因素的作用。
屬于第一類的因素有溫度作用、機械沖刷與磨損、爐料帶入的堿金屬和其他元素與磚襯的化學(xué)作用以及析碳反應(yīng)和鋅的沉積等。屬于第二類的因素有設(shè)計的爐墻結(jié)構(gòu)不合理、所用耐火材料質(zhì)量差、筑爐質(zhì)量差和操作不當(如邊緣氣流過分發(fā)展、結(jié)瘤、邊緣管道)等。
原因一:溫度作用
高爐煉鐵是高溫火法冶金，風(fēng)口燃燒帶形成的高溫煤氣上升時有相當一部分是沿爐墻運動的，研究表明，耐火磚內(nèi)襯表面的溫度接近流過的煤氣溫度，相差20~50℃。高溫對耐火磚襯的破壞表現(xiàn)為：
(1)熔蝕。當邊緣氣流過分發(fā)展而使用荷重軟化溫度低的劣質(zhì)耐火材料時，若高溫超過其允許溫度則會使耐火磚內(nèi)襯熔蝕。
(2)熱應(yīng)力。耐火磚工作熱面溫度接近邊緣煤氣流溫度，而另一端有冷卻器冷卻，溫度低，兩端的溫度差在400℃以上，而且陶瓷質(zhì)耐火磚的導(dǎo)熱性差。這樣就在磚襯內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，高時可達40MPa;在與冷卻器接觸的地方，磚襯的徑向壓力(輻射狀)達15~16MPa。熱面部分的耐火磚襯在高溫作用下產(chǎn)生膨脹而傾向于移動(相對于加熱較低的冷端)，結(jié)果在熱、冷邊界處產(chǎn)生很高的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力。當這些力超過耐火磚的拉仲強度時，形成環(huán)形裂縫，在其他因素共同作刖下發(fā)生剝落。爐缸壁炭磚層的中部產(chǎn)生脆裂帶，從爐身下部耐火磚中沿工作熱而發(fā)生平行的裂紋就是典型的實例。
(3)熱震。熱震是耐火磚遭遇非穩(wěn)定的熱應(yīng)力而被破壞的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象頻繁發(fā)生在邊緣氣流劇烈波動，特別是突發(fā)性和大幅度的波動時。溫度高時，耐火磚體內(nèi)產(chǎn)生很高的熱應(yīng)力，隨著煤氣流的減小，耐火磚表面的溫度逐漸降低。這樣反復(fù)發(fā)生就在耐火磚內(nèi)產(chǎn)生龜裂，最終斷裂：影響熱震破壞的因素主要是溫度的波動和耐火磚襯的抗熱震性能，一般來講，碳質(zhì)耐火磚的抗熱震性能好，而陶瓷質(zhì)耐材的抗熱震性能則差。
原因二:機械沖刷與磨損
機械沖刷與磨損是指爐缸內(nèi)渣鐵流動對爐缸壁的沖刷、燃燒帶形成的煤氣帶著粉末向上運動時對爐墻爐襯的磨損以及從爐頂裝入爐內(nèi)的爐料在下降過程中對爐襯的磨損。
(1)爐缸內(nèi)渣鐵流動的沖刷。前已述及，焦炭柱(死料柱)浸埋在爐缸積存的渣鐵中，有兩種情況：一種是焦柱深埋在鐵口中心線以下的部分，更接近于爐底;另一種是爐缸鐵水浮力大，使焦柱漂浮在鐵口中心線以上。
出鐵時，渣鐵流是有勢流，以出鐵口為中心點，渣鐵流朝向其流動，由于浸埋的焦柱底部呈球狀突起，渣鐵流流動時邊緣焦炭少、阻力小，因此渣鐵流沿爐缸壁做湍流運動。鐵水流對爐缸壁的沖刷，再加上碳未飽和的鐵水對炭磚的滲碳溶蝕，造成爐缸內(nèi)襯與爐底磚接觸的角部嚴重侵蝕(即所謂的象腳狀或蒜頭狀侵蝕)。
近年來，在爐缸沒計中通過加大死鐵層厚度來增加鐵水的浮力，使焦柱盡可能漂浮到接近鐵口中心線或以上位置，增加鐵水從死料柱下面通過的量，以減輕鐵水環(huán)流量及其對爐缸壁的沖刷。
另外，在出鐵作業(yè)中要適當控制出鐵速度，因為出鐵后期出鐵口直徑變大，鐵水流速增加，而隨著出鐵過程的進行，爐缸內(nèi)鐵水減少，焦柱下降，焦柱下通過的鐵水量減少，邊緣鐵水流量增大，沖刷程度加劇。
(2)爐身部位的磨損。裝入爐內(nèi)的爐料對爐墻的摩擦既增加了爐料下降的阻力，也對爐墻磚襯產(chǎn)生磨損破壞作用，嚴重的是上部，因為爐型的變化減輕了這一作用。但與此同時，從燃燒帶上升的煤氣帶著粉末向上運動時產(chǎn)生的沖刷和磨損破壞作用都有所增加。
機械沖刷與磨損的破壞作用占全部破壞的比例在10%左右。
原因三:化學(xué)侵蝕
化學(xué)侵蝕分為兩類：一類是FeO和MnO含量高的初渣的侵蝕;另一類是堿金屬氧化物和氟化物的侵蝕。前者主要發(fā)牛在爐身出現(xiàn)初渣的部位，而后者則殃及整個爐子的磚襯。后者的破壞作用超過前者數(shù)倍。
堿金屬氧化物的破壞作用表現(xiàn)在以下三個方面：
(1)堿金屬氧化物與耐火磚中的SiO2反應(yīng)形成低熔化溫度的化合物，其結(jié)果或是將爐襯破壞，或是形成爐瘤的根，成為損壞爐襯的重要原因之一。
(2)堿金屬氧化物與耐火磚中莫來石(3A12O3·2SiO2)反應(yīng)形成鉀霞石(K2O·A12O3·2SiO2)白榴石 (K2O·A12O3·4SiO2)，同時伴隨有30%～50%的體積膨脹，后果是造成爐襯剝落。
(3)堿金屬與炭磚中的碳反應(yīng)形成有機物(例如KnCm)，使炭磚變得疏松，在鐵水滲透作用和環(huán)流運動下炭磚被損壞。
堿金屬破壞作用是磚襯損壞的最主要原因，其占全部破壞的比例達40%左右。
原因四:析碳反應(yīng)及Zn、SiO等的作用
析碳反應(yīng)(2CO=CO2+C)在高爐內(nèi)開始于340～370℃，而在500～700℃范圍內(nèi)大量發(fā)生并伴隨著體積膨脹(6cm3/mol)，從而在耐火磚襯的空隙中產(chǎn)生很大壓力，導(dǎo)致耐火磚襯破損。更為嚴重的是，還原出來的金屬Fe、Zn、Ni、Co和堿金屬及其氧化物等都是這個反應(yīng)的催化劑，加重了析碳反應(yīng)的破壞作用。Zn和SiO的破壞作用是在爐襯及管道內(nèi)結(jié)瘤。
析碳反應(yīng)和Zn、SiO的破壞作用僅次于堿金屬氧化物，其占全部破壞的比例在20%左右。
原因五:結(jié)構(gòu)性因素的作用
耐火磚襯損壞的重要因素之一是設(shè)計和建造的爐墻結(jié)構(gòu)不合理。典型的例子是爐底磚襯漂浮，爐身磚襯的支撐元件不好甚至無支撐元件，導(dǎo)致上部爐襯脫落，使這些爐襯還沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用就遭到破壞。
耐火磚質(zhì)量差和建爐質(zhì)量不好為第一類破壞因素的作用創(chuàng)造了條件，例如，耐火磚的孔隙率大、砌磚的縫隙大為堿金屬氧化物、析碳反應(yīng)等創(chuàng)造了反應(yīng)場所。
操作中邊緣氣流過分發(fā)展會使爐墻工作熱面溫度過高，為溫度作用創(chuàng)造了條件，使耐火磚砌過早剝落。
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