高爐用耐火磚主要有黏土磚、高鋁磚、剛玉磚等。
黏土磚和高鋁磚具有較好的機械強度,耐磨性和抗渣性均好,成本較低,普遍用于高爐的各個部位。高爐用黏土磚和高鋁磚要求具備如下性能:
(1) 化學成分中氧化鋁含量高而氧化鐵含量低。氧化鋁含量高保證黏土質耐火材料具備較高耐火度;由于氧化鐵與一氧化碳相互作用生成海綿鐵和石墨碳沉積,劣化襯料組織而破壞爐襯,為此標準和行業標準中對這兩項指標有嚴格要求。
(2) 耐火度和荷重軟化要求高。
(3) 重燒收縮率要小。它是表征材料升到高溫后產生裂紋可能性的大小。
(4) 氣孔率要低,可抑制石墨和鋅沉積磚襯中,延長其使用壽命。
爐冶煉是高溫下復雜的物理化學過程,爐襯被破壞到一定程度,需要中修或大修,停爐大修是高爐一代壽命的終止。爐襯破壞機理歸納為如下幾方面:
1、高溫渣鐵的滲透與侵蝕
在爐腰及爐腹部位形成熔融的鐵渣,向下流動進入爐缸,渣中的FeO、 MnO、CaO與磚中的SiO2相互作用,形成低熔點的化合物,使得磚襯表面軟熔。爐腹部位特別嚴重,開爐不久就被侵蝕完畢,僅靠冷卻壁上渣皮在工作。
液態鐵、重金屬及堿金屬的滲透,是爐缸爐底周圍破損的主要原因,鐵水沿砌體縫隙和氣孔滲透到砌體內部凝固并析出石墨,體積膨脹,進而擴大裂縫使磚襯脫落或漂浮。
2、 高溫和熱震破損
冶煉過程中,爐內溫度經常波動。當溫度梯度產生的熱應力超過磚襯的限,磚就開裂。實踐表明,爐體中下部磚襯就有裂紋并產生脫落。一般熱應力使得磚襯內平行于工作表面的50~ 100 mm深處產生裂紋,裂紋相互貫穿后出現大面積脫落。
3、爐料和煤氣流的摩擦沖刷及煤氣炭素沉積的破壞作用
高爐內煤氣實際流速可達到15?20 m/s,且攜帶大粉塵,上升煤氣流對爐襯產生巨大沖刷磨損作用。爐腰部位折角處磨損尤為嚴重。爐身中上部爐料較為堅硬,具有棱角,下降爐料的摩擦是磚襯破壞的重要原因。上升的煤氣中含有25%左右的CO,進人磚襯氣孔和裂縫中的CO在400?800℃分解產生炭素沉積,與耐火材料中的Fe2O3作用,使之還原為單質Fe,而單質Fe是CO分解的催化劑,加速炭素的沉積。隨著沉積碳所發生的晶型轉變而附帶產生的體積變化,磚襯組織松弛,強度下降,以至龜裂破壞。該破壞作用在爐襯的爐腰和爐身中下部較為嚴重。
4、堿金屬和其他有害元素的破壞作用
爐料中的堿金屬和鋅,在高溫作用下沉積到爐料上再循環,部分沉積在爐襯上,其余隨爐氣被排出。這些氧化物與爐襯中氧化鋁和氧化硅反應形成低熔點的鋁硅酸鹽,使得爐襯軟熔并被沖刷損壞;堿金屬與熾熱的焦炭發生反應,生成氰化物并同水蒸氣和CO2反應生成氰化氫。氰化氫滲入磚襯內分解產生碳沉積,對爐襯起破壞作用。
綜上所述,高爐內任何部位的破壞,都適多種破壞機理的交替綜合作用的結果。高爐壽命是爐型設計、爐襯結構及材質、高爐冷卻設備與工藝制度、冶煉條件等因素的綜合作用的結果。
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