炉衬耐火材料损毁机理

第一节炉衬耐火材料损毁机理

炉衬耐火材料的损毁机理与耐火材料的化学成分、矿物结构，炼钢工艺过程等一些十分复杂的因素有密切关系，因此要在理论上完全说清楚几乎是不可能的。几十年来，人们对炼钢熔体与耐火材料之间的高温物理化学反应做过大量的研究，但是现在所能作出的结论，也还只是宏观的或是经验性的。归纳起来炉衬损毁的原因大致分成四类：

①机械冲击和磨损；

②耐火材料高温溶解；

③高温溶液渗透；

④高温下气相挥发；

其中以②，③两项被认为是最基本的损毁原因，所做的研究工作也最多。

转炉渣的成分主要为CaO，SiO2，FeO等，当炉渣碱度偏低时，对以CaO，MgO为主要成分的炉衬耐火材料侵蚀严重，炉衬寿命降低；相反，当炉渣碱度较高时，对炉衬的侵蚀则较轻微，炉衬寿命也相对有所提高。这导致炼钢工艺中造渣技术的变革，采用轻烧白云石造渣，结果炉衬寿命有较大幅度的提高。炉渣中含有氟离子、金属锰离子等时，或者熔池温度升高到l700℃以上，溶液的粘度会急骤下降，炉衬的损毁速度加快，寿命大幅度降低。所以转炉钢水温度偏高，会使炉衬寿命相应降低。

溶液渗入耐火材料内部的成分包括：渣中的CaO、SiO2、FeO；钢液中的Fe、Si、Al、Mn、C，甚至还包括金属蒸气、CO气体等。这些渗入成分沉集在耐火材料的毛细孔道中，造成耐火材料工作面的物理化学性能与原耐火材料基体的不连续性，在转炉操作的温度急变下，出现裂纹、剥落和结构疏松，严格地说这个损毁过程要比溶解损毁过程严重得多。

因此，要降低溶液对耐火材料的渗透，措施有：a.应降低炉衬耐火材料的气孔率和气孔的孔径；b.在耐火材料中加入与溶液不易润湿的材料，如石墨、碳素等；c.严格控制溶液的粘度，即控制冶炼强度、控制出钢温度等。

由炉衬材料的抗渣侵蚀性试验，可得出镁碳砖的渣浸蚀过程为：石墨氧化→方镁石相被渣中S i O2、F e2O3侵蚀→反应生成的低熔物被熔失。

在含碳炉衬的耐火材料中，随着碳含量的增加抗渣侵蚀性会有提高，但不是碳含量越高越好，因为碳含量越高，氧化失碳后炉衬耐火材料的结构越疏松，使用效果会变差。

通过从大量的抗渣试验研究和转炉实际操作可以得出一些炉衬耐火材料抗侵蚀性

的认识：

(1)铁水成分对炉衬耐火材料寿命有显著影响，特别是硅、磷、硫的含量。

(2)转炉终点温度过高将导致炉衬寿命降低，特别是当终点温度在1700℃以上，每提高10℃，炉衬耐火材料的侵蚀速率都会有显著增加。

(3)提高炉渣碱度有利于降低炉渣对碱性耐火材料的侵蚀。

(4)提高渣中MgO含量，可以降低炉渣对炉衬耐火材料的侵蚀。

(5)提高渣中FeO含量会导致炉衬耐火材料侵蚀加剧。

(6)转炉吹炼初期，渣碱度比较低，对炉衬侵蚀严重，应采用白云石造渣，使渣中MgO

含量接近饱和状态。

(7)萤石对炉衬也有侵蚀，因此应尽量降低萤石的加入量。

(8)白云石、镁白云石耐火材料中，MgO的抗渣侵蚀性要优于CaO，但是有CaO存在可以提高耐火材料的高温热塑性和抗渣渗透性。

(9)要求炉衬耐火材料的原料有较高的纯度，如镁白云石砂要求杂质总量

SiO2+A12O3+FeO小于3％；其他如电熔镁砂、石墨等也有类似要求。

转炉随着低碳、硫、磷钢冶炼的增多，炉衬的侵蚀也受到了加重。为改善转炉炉衬维护效果，应从多个方面考虑，以提高炉龄。

1、转炉砌炉方面。对转炉关键部分炉底、炉帽、耳轴渣线采用优质碳镁砖，以避免因局部受损严重而被迫停炉。

2、炉渣方面。由于萤石中的氟元素会造成炉衬侵蚀严重，应采用铁皮球和铁矿石4：1的组合来替代萤石，做到前期早化渣的同时减轻对炉衬的化学侵蚀。对炉渣中侵蚀性的MgO 控制。前期早化渣，降低MgO溶解度，中期加入镁质造渣剂，控制MgO含量在8-12%之间。

3、冶炼方面。入炉铁水实行预处理脱硫，减轻后期终点脱硫时高氧化性的弊端。改进氧枪喷头，增加氧枪孔数，低硅铁水采用“低-高-高-低”枪位，硅数正常的采用“高-低-高-低”枪位，以提高终点命中率，缩短冶炼时间以减轻高氧化性炉渣对炉衬侵蚀；降低出钢温度，减少钢水在炉内的停留时间，严格钢包烘烤制度，同时改进钢包耐材性能，以降低出钢温度，改善炉况。

4、溅渣护炉方面。出钢时加成本更低效果更好的焦粉调渣，提高MgO含量，降低FeO 含量，改善溅渣层的抗侵蚀能力。改善装入方式，改为留渣先加废钢后兑铁工艺，靠废钢冷却能力，固化炉渣，起到渣补大面护炉的效果，同时减轻了铁水的冲击。

国内邯钢的100t转炉，采取以上措施后，炉龄得到大幅提高，2006年达到同期年比最好水平的11102炉，取得了良好的经济效益。（王华）