炉冶炼是高温下复杂的物理化学过程,耐火材料被破坏到一定程度,需要中修或大修,停炉大修是高炉一代寿命的终止。耐火材料破坏机理归纳为如下几方面:
1、高温渣铁的渗透与侵蚀
在炉腰及炉腹部位形成熔融的铁渣,向下流动进入炉缸,渣中的FeO、 MnO、CaO与砖中的SiO2相互作用,形成低熔点的化合物,使得砖衬表面软熔。炉腹部位特别严重,开炉不久就被侵蚀完毕,仅靠冷却壁上渣皮在工作。
液态铁、重金属及碱金属的渗透,是炉缸炉底周围破损的主要原因,铁水沿砌体缝隙和气孔渗透到砌体内部凝固并析出石墨,体积膨胀,进而扩大裂缝使砖衬脱落或漂浮。
2、 高温和热震破损
冶炼过程中,炉内温度经常波动。当温度梯度产生的热应力超过砖衬的极限,砖就开裂。实践表明,炉体中下部砖衬就有裂纹并产生脱落。一般热应力使得砖衬内平行于工作表面的50~ 100 mm深处产生裂纹,裂纹相互贯穿后出现大面积脱落。
3、炉料和煤气流的摩擦冲刷及煤气炭素沉积的破坏作用
高炉内煤气实际流速可达到15〜20 m/s,且携带大最粉尘,上升煤气流对耐火材料产生巨大冲刷磨损作用。炉腰部位折角处磨损尤为严重。炉身中上部炉料较为坚硬,具有棱角,下降炉料的摩擦是砖衬破坏的重要原因。上升的煤气中含有25%左右的CO,进人砖衬气孔和裂缝中的CO在400〜800℃分解产生炭素沉积,与耐火材料中的Fe2O3作用,使之还原为单质Fe,而单质Fe是CO分解的催化剂,加速炭素的沉积。随着沉积碳所发生的晶型转变而附带产生的体积变化,砖衬组织松弛,强度下降,以至龟裂破坏。该破坏作用在耐火材料的炉腰和炉身中下部较为严重。
4、碱金属和其他有害元素的破坏作用
炉料中的碱金属和锌,在高温作用下沉积到炉料上再循环,部分沉积在耐火材料上,其余随炉气被排出。这些氧化物与耐火材料中氧化铝和氧化硅反应形成低熔点的铝硅酸盐,使得耐火材料软熔并被冲刷损坏;碱金属与炽热的焦炭发生反应,生成氰化物并同水蒸气和CO2反应生成氰化氢。氰化氢渗入砖衬内分解产生碳沉积,对耐火材料起破坏作用。
综上所述,高炉内任何部位的破坏,都适多种破坏机理的交替综合作用的结果。高炉寿命是炉型设计、耐火材料结构及材质、高炉冷却设备与工艺制度、冶炼条件等因素的综合作用的结果。
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