01.炉衬的损毁机理
矿热炉炉衬一般由三部分组成:外层、中间层和内层。外层的作用是保温隔热，很少损毁，称为永久层;中间层起防止漏炉的作用，相对安全，又称安全层;内层又称工作层，处于该层的耐火材料工作条件最为恶劣，是炉衬最脆弱的部位，因此炉衬毁损主要是工作层耐火材料的损毁，原因包括物理、化学、机械等多方面因素，具体如下:
(1)熔蚀作用:当工作层耐火材料的工作温度超过其耐火度时，就会发生熔蚀现象。镁质炉衬的荷重软化温度为1550℃左右，在靠近电弧区的炉墙和自焙电极下方的炉底等温度较高的部位，最易发生熔蚀现象。
(2)化学侵蚀:工作层耐火材料可能与炉渣、熔融金属以及反应气氛等发生化学反应，不同铁合金冶炼过程中炉内环境不同，发生的化学反应也不尽相同。矿热炉最常用的碳质炉衬在400℃以上即会发生氧化反应，甚至还会发生“逆氧化现象”，使其内部空化、材料毁损。冶炼过程中的缺碳操作还会使碳质材料作为还原剂被消耗。镁质炉衬的使用温度常高于其荷重软化温度，处于软熔状态时会加速炉渣和熔融合金对它的化学侵蚀。
(3)机械冲蚀:工作层耐火材料会受到冶金原料倒入冲击、金属熔体和炉渣冲刷等机械作用。工作温度较高区域的耐火材料强度会出现不同程度的降低甚至软化，在受到机械作用时更易毁损。
02.耐火内衬损坏的形式
炉衬中最关键的是工作层，选材最为重要。针对不同铁合金生产用炉衬耐火材料的选择，通常情况下，金属硅、硅铁、电石和硅铬合金的冶炼温度较高，工作层需采用碳质炉衬;高碳锰铁和锰硅合金生成的炉渣呈酸性，也多采用碳质炉衬;而低碳锰铁和中低碳铬铁的炉渣呈碱性，故一般采用镁质炉衬。
同一矿热炉内，不同高度炉墙和炉底所处的工作环境存在较大差异，其损毁机理和毁损速度不同，因此需要选用具有不同物化性能的耐火材料。通常炉墙靠近渣线处、炉底电极下方损毁较快，尤其出铁口是炉衬结构中最脆弱的部位，这些位置的选材最为关键。
矿热炉炉衬的正常使用寿命可达10年甚至更久。然而出铁口炉眼砖往往不到一年就过早失效。现在的研究表明，矿热炉的短期损坏主要是出铁口的局部损毁所导致。矿热炉在向外排渣和金属熔体时，会对出铁口处的耐火材料产生机械冲刷、化学侵蚀和反复热震，使其成为炉衬中最容易损坏的地方。传统硅铁、工业硅和锰硅等铁合金的出铁口多采用碳质炉眼砖，近年来的研究表明，碳化硅和碳化硅结合氮化硅材料具有更优的高温力学性能、热物理性能以及化学稳定性，采用此类陶瓷替代炭砖用于出铁口已经表现出了优异的使用效果。
03.炉衬结构类型
1、保温型炉衬
我国矿热炉使用的传统炉衬结构为保温型炉衬，如图1所示。该炉衬结构在多种铁合金长期冶炼过程中均获得了良好的使用效果，其原理是通过提高耐火材料质量和增加耐火材料厚度来达到长期隔热保温的效果。保温型炉衬工作层多数采用炭砖或镁砖砌筑而成，在铁合金冶炼过程中，炉底烧穿是最常出现的生产事故。通过对矿热炉的解剖发现:炉底烧穿是因为炉渣、金属熔体和反应气体渗入炭砖或镁砖间的砌缝，从而加剧炉衬的损坏速度。
图1保温型炉衬结构
为了解决耐火砖间的砌缝问题，Elkem公司提出了整体内衬的炉衬结构，如图2所示，它的工作层采用不定形耐火材料(冷捣糊)整体捣打成型，然后通过烘炉将其烧结成一个整体。
2、冷凝型炉衬
随着矿热炉炉型越来越大，冶炼温度越来越高，炉衬耐火材料的工作条件也愈加苛刻，甚至达到耐火材料的理化性能极限，单纯的增加炉衬厚度和提高耐材质量已无法适应现代冶炼的需求。这种设计可使炉渣在炉衬内壁形成一层凝固壳，因此具有“自保护”的功能。与保温型炉衬相比，冷凝炉衬的结构特点使其呈现以下优势:①降低了对耐火材料性能的要求，炉衬寿命大幅延长，从而减少砌炉和停炉检修造成的经济损失，并显著减少出铁口的维护;②炉渣形成的凝固壳导热系数较小，可以有效减少热传导引起的能量损失，降低单位电耗;③冷凝炉衬的薄炉衬使矿热炉工作区体积增大，可以提高冶炼产量;④冷凝炉衬筑炉时通常配有热电偶，可以实时监测炉衬侵烛情况，保障生产安全。
目前冷凝型炉衬主要运用在锰硅、铬铁、镍铁、锰铁等合金冶炼矿热炉中。国内可以提供冷凝型炉衬的技术厂家主要有河南鲁山方圆集团，该公司在2010年将广西东方资源有限公司的保温型炉衬改造成水冷式冷凝炉衬，使用寿命得以大幅提升。
3、 控温炉衬
针对目前炉衬整体损坏多为高温铁水侵蚀炉底造成的情况，鲁山天诺炉衬材料有限公司设计了一种控温炉衬。控温炉衬的主要创新是炉底风冷系统，它有利于炉底内衬热量的快速导出，在炉底形成“留铁层”以保护炉底。
04.结论
冷凝型炉衬结构成功的关键是形成低导热的炉渣自保护层，因此不适用于无渣法冶炼的铁合金生产。保温炉衬和冷凝炉衬两种结构基本实现了所有铁合金产品的冶炼需求。根据实际的生产情况，设计更合理的炉衬结构，并结合新型优质耐火材料，为未来矿热炉提供更加合理的炉衬结构。
