防治k、na、zn元素侵蝕高爐爐缸炭磚的隔熱夾層型爐缸內(nèi)襯-何汝生

1、12014年全國(guó)煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)防治K、Na、Zn元素侵蝕高爐爐缸炭磚的隔熱夾層型爐缸內(nèi)襯徐瑞圖張建來何汝生曹永國(guó)（北京瑞爾非金屬材料有限公司北京100086）摘要：以氣態(tài)形式存在于高爐爐缸中的K、Na、Zn元素，對(duì)爐缸炭磚有強(qiáng)烈的破壞作用，明顯影響高爐壽命。隔熱夾層型爐缸內(nèi)襯通過增加炭磚、陶瓷杯的界面熱阻，使?fàn)t缸炭磚的熱面溫度遠(yuǎn)離K、Na、Zn的沸點(diǎn)溫度，降低了爐缸炭磚的溫差應(yīng)力，抑制了K、Na、Zn元素對(duì)炭磚的接觸和滲

2、透破壞，降低了陶瓷杯的溫差應(yīng)力，延長(zhǎng)了高爐爐缸炭磚、陶瓷杯的使用壽命。關(guān)鍵詞：高爐堿金屬鋅陶瓷杯炭磚侵蝕1.前言原燃料帶入高爐的K、Na和Zn有害于高爐冶煉過程，明顯危害高爐內(nèi)襯的使用壽命，幾乎所有的煉鐵廠均根據(jù)自身情況確定了K、Na和Zn的入爐負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范明確提出入爐原料和燃料應(yīng)控制有害雜質(zhì)量，其中：K2ONa2O的控制值宜≤3.0kgt、Zn的控制值宜≤0.15kgt[1]。然而，隨著優(yōu)質(zhì)原燃料資源的逐漸減少、除塵

3、灰泥的再處理入爐利用等，常見高爐冶煉生產(chǎn)中的實(shí)際K2O、Na2O和Zn負(fù)荷遠(yuǎn)超上述指標(biāo)，有的高爐的堿金屬、鋅的實(shí)際負(fù)荷甚至成倍于上述指標(biāo)。毋容置疑，這種情況已經(jīng)影響到我國(guó)高爐壽命實(shí)績(jī)。能夠預(yù)計(jì)，高爐煉鐵工藝不可避免地將面對(duì)越來越高的堿、鋅負(fù)荷，它們對(duì)高爐壽命的影響將更加明顯。過去，對(duì)堿金屬、鋅對(duì)高爐內(nèi)襯的影響研究、防治措施主要集中在影響機(jī)理、降低入爐量、爐渣排堿等方面，鮮見關(guān)于爐缸內(nèi)襯結(jié)構(gòu)形式對(duì)堿金屬、Zn侵蝕爐缸炭磚影響的研究。降低堿

4、金屬、鋅化合物的入爐量能從源頭上降低它們對(duì)爐缸炭磚的侵蝕，但在優(yōu)質(zhì)原燃料逐漸減少的資源壓力下，始終將它們控制在前述指標(biāo)下是困難的，堿金屬、鋅化合物的入爐量必然不斷上升。高爐冶煉生產(chǎn)中，可采用較低的爐渣堿度甚至酸性渣，較低的鐵水溫度、甚至較高的生鐵含S、加大渣量等操作手段通過爐渣排堿，減輕堿害。但是，爐渣排堿只能間斷進(jìn)行，資源壓力下排堿和脫硫的矛盾會(huì)日益尖銳，堿金屬在爐內(nèi)的富集和對(duì)冶煉過程及高爐壽命的影響程度會(huì)進(jìn)一步趨于嚴(yán)重。可見，從爐缸

5、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)方面研究K、Na、鋅對(duì)爐缸炭磚的侵蝕影響、開發(fā)對(duì)K、Na、鋅侵蝕具有防治效果的爐缸內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，可豐富高爐堿害、鋅害的防治技術(shù)，降低它們對(duì)高爐壽命的影響。3有大氣孔存在，因而明顯提高了炭磚的抗鐵水滲透性，但微孔、超微孔阻止不了氣態(tài)堿金屬、Zn蒸氣的滲入。通過提高炭磚的導(dǎo)熱率、提高爐缸冷卻強(qiáng)度、保持良好的傳熱效率可在爐缸炭磚的熱面形成溫度相對(duì)較低、流動(dòng)性相對(duì)較差的“粘滯層”，它對(duì)爐缸炭磚具有保護(hù)作用。但是，這種方式建立的“粘滯層”有其

6、動(dòng)態(tài)特性，它的流動(dòng)、更新速率決定于冷源（一般為鑄鐵冷卻壁）給予的冷卻和爐缸內(nèi)渣鐵、煤氣的溫度（熱源）和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度；高爐的冷源、熱源可以認(rèn)為是固定的。此時(shí)，當(dāng)冶煉強(qiáng)度高、爐缸活躍時(shí)，“粘滯層”的流動(dòng)、更新速率必然提高，對(duì)炭磚的保護(hù)效果也隨之下降。由于“粘滯層”的動(dòng)態(tài)特性，這種型式的爐缸中，氣態(tài)堿金屬、Zn仍然能夠接觸、滲入炭磚，它們通過與炭磚之間的表面反應(yīng)、滲入磚體來侵蝕爐缸炭磚。對(duì)于炭磚陶瓷砌體復(fù)合結(jié)構(gòu)的爐缸內(nèi)襯，陶瓷砌體耐火磚自身的組織

7、孔隙（～15%）和磚間接縫（～100條m2）無法通過設(shè)計(jì)技術(shù)、耐材品質(zhì)消除，是氣態(tài)堿金屬、Zn流向炭磚的通道。大量停產(chǎn)高爐的爐缸殘磚上可見堿金屬、Zn蒸氣的冷凝殘留物證明實(shí)際生產(chǎn)中有堿金屬、Zn蒸氣在此通過、駐留。新砌筑的此種爐襯，陶瓷砌體的低導(dǎo)熱使炭磚熱面的溫度一般可為700～800℃，氣態(tài)堿金屬、Zn在到達(dá)炭磚之前會(huì)冷凝為液態(tài)。由于炭磚熱面溫度完全依賴于陶瓷砌體的厚度，隨著陶瓷砌體的厚度降低，炭磚熱面溫度很快即會(huì)上升至堿金屬、Zn的

8、沸點(diǎn)溫度，發(fā)生氣態(tài)堿金屬、Zn對(duì)炭磚的接觸侵蝕和滲透破壞。根據(jù)傳熱基本原理，在由爐缸內(nèi)高溫渣鐵和煤氣、陶瓷杯、炭磚、冷卻壁組成的傳熱體系中，在熱源（高溫渣鐵和煤氣）、冷源（冷卻壁）穩(wěn)定的條件下，若能以數(shù)量級(jí)增大炭磚與陶瓷杯的界面熱阻，則可顯著降低傳遞到炭磚的熱量，而且陶瓷杯厚度的變化不會(huì)顯著影響炭磚的溫度，炭磚的熱面溫度在較長(zhǎng)時(shí)間中均會(huì)被限制為遠(yuǎn)離堿金屬、Zn的沸點(diǎn)溫度，堿金屬、Zn難以接觸、滲透炭磚。據(jù)此，筆者設(shè)計(jì)了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的