高炉炉缸炉底常见象脚状侵蚀的形成原因及预防措施
发布日期： 2019-02-26 10:36:45 阅读量（1377） 作者：王海燕象脚状侵蚀是指炉缸炉底内衬的侵蚀线在炉缸炉底交界处呈现象脚状。事实上，一般大中型高炉都会出现异常侵蚀，只是严重程度不同而已。在炉缸炉底内衬交界处发生象脚状异常侵蚀，使得炉缸炉底交界处耐火材料内衬厚度减薄，出现不均匀破损，缩短了炉缸炉底的整体寿命，象脚状侵蚀严重时，甚至会在该部位发生炉缸烧穿。20世纪80年代以来，直至目前国内外不少大型高炉发生炉缸烧穿事故，究其原因绝大多数是由于象脚状异常侵蚀所致，危害巨大。毫无疑义，为了延长炉缸炉底的使用寿命，必须采取有效措施防止象脚状异常侵蚀的发生。
象脚状侵蚀示意图
目前，炉缸炉底内衬象脚状侵蚀仍是影响炉缸炉底使用寿命十分关键的主要因素，尽管现代高炉出现象脚状异常侵蚀的状况和程度有所不同，但造成炉缸炉底象脚状异常侵蚀的主要原因却大致相同，在国内外高炉上存在普遍性。
a、铁水渗透破坏
位于死铁层部位的炭砖没有渣皮覆盖，长期与铁水直接接触;同时由于在炉缸炉底交界处铁水的静压力最大，铁水沿炭砖气孔通道和裂缝向炭砖内部渗透，并且对炭砖产生物理破坏和化学溶解。达到一定程度后，炭砖的结构遭到破坏，形成无数的小炭块，在铁水的包围中，逐渐溶解于铁水中，产生微观“漂浮”侵蚀现象。炉缸炉底承受很高的铁水静压力，铁水静压力的作用强化了铁水对炭砖的渗透作用。当炭砖气孔直径大于2μm时，铁水沿炭砖气孔向炭砖内部渗透，铁水渗透深度可充满整个气孔，渗透的铁水溶解炭砖中的黏结剂，进而熔蚀炭砖中的炭颗粒，破坏炭砖组织致密性，降低了炭砖的强度。渗入到炭砖气孔中的铁水与炭砖发生化学反应，生成了FexC—类的脆性物质，这种物质生成以后在炭砖的气孔中产生体积膨胀，使炭砖气孔脆化、破裂，在炭砖热面形成脆化层，从而使炭砖组织脆化变质，理化性能下降。另外，渗入到炭砖内部的铁水在温度降低时凝固，产生体积收缩;当温度升高时凝同的凝铁又被熔化，发生体积膨胀，这种反复的凝固——溶化和体积的收缩——膨胀使炭砖内部产生热应力，造成炭砖脆化开裂。
b、炉缸内铁水环流
由于炉缸内死焦柱的存在，当高炉出铁时炉缸内铁水的流动主要存在三种方式。一是炉缸内的铁水穿透死焦柱流向铁口，但这种流动的阻力很大，当死焦柱透液性不良时，炉缸中的铁水很难穿透死焦柱流至铁口;二是在死铁层深度足够且死焦柱漂浮在铁水中的状态下，铁水从炉底表面和死焦柱下部的死铁层中穿流流向铁口;三是在死铁层深度不足、死焦柱沉坐在炉底的状态下，炉缸透液性变差，铁水沿死焦柱周边和炉缸侧壁的空隙流向铁口，形成沿炉缸周边的铁水环流，铁水环流加剧了铁水对炭砖表面脆化层的冲刷磨蚀，使炭砖减薄，因此铁水环流是形成炉缸炉底象脚状异常侵蚀的一个主要因素。
c、碱金属及锌等对炭砖的侵蚀
热力学计算表明，高炉炉缸仅能存在纯的碱金属蒸气，不会存在碱金属的氧化物和碳酸盐，并且碱金属蒸气压很低，不是对炉缸炭砖进行侵蚀的直接原因，而当前大多文献认为环裂是碱金属蒸气侵蚀的结果。炭砖传热性能较差时炭砖内部热应力较大，诱发炭砖产生微裂纹，纯的碱金属蒸气通过炭砖的微裂纹不断向炭砖低温区流动和扩散，微裂纹是环裂产生的诱因。在炉缸的高压环境下，800〜900℃时钾蒸气在微裂纹中液化，然后与炭砖的硅铝质灰分发生反应，造成灰分体积膨胀30%-50%,加剧炭砖微裂纹扩展而形成裂纹，这是环裂产生的必要条件。计算表明，只有碱金属蒸气富集液化后才能与CO共同作用，在裂纹里形成活性炭沉积，这种反应持续不断地进行，对炭砖裂纹进行持续的膨胀挤压，炭砖裂纹不断扩展，最终割裂炭砖形成环裂。提高炭砖传热效果和阻止炉缸CO窜气是避免炭砖产生环裂的根本措施。
d、炉缸侧壁炭砖的环状断裂
高炉生产实践表明，具有一定长度的炭砖，由于在热面和冷面存在较大的温差，在炭砖内产生较大的温差热应力，容易引起炭砖环裂;碱金属蒸气侵入炭砖中使其变脆，强度降低，从而使炭砖环裂加剧。炉缸环形炭砖出现环裂后，裂缝处出现气体隔热层，其内部热量向炉缸外部传递阻力增大，其外部的冷却作用也因此而降低，使环裂缝内侧的炭砖温度升高，侵蚀速度加快。由于碱金属蒸气侵蚀发生在800℃左右，所以炭砖环裂也发生在炭砖800℃等温线附近。
对于传统结构的炉缸炉底内衬，在炉缸环形炭砖中间产生环状断裂，也称之为环形脆化层。这种环形脆化层在炉缸侧壁环形炭砖中间呈带状分布，并基本与炭砖的热面平行，中间环带具宥一定的宽度，在环状脆化层以内的炭砖已变成粉状。环状脆化层的形成，使炭砖的整体导热性能大大降低。这样，炭砖热面温度升高，会进一步促进铁水的渗透，从而加快了对炭砖的侵蚀，使炉缸寿命大幅度降低。
e、H2O和CO2的氧化熔蚀
高炉炉缸所用炭砖含碳量很高，碳元素对于氧化是异常敏感的。对于炭砖炉缸来说，其侵蚀主要是铁水和碱金属氧化物的熔蚀，以及铁氧化物和氧化性气体，如CO2、H2O等氧化性气体和FeO的氧化熔蚀作用等，在风口、冷却器漏水时，炉缸侧壁炭砖会遭受水蒸气的氧化破坏。
同样，上述损杯的决定因素仍然是温度。因为如果炭砖热面温度降到1150℃铁水凝固临界温度以下，铁水将会凝固在炭砖表面，上述各种侵蚀可大大地缓解，甚至不会发生。所以，减少炉缸炭砖的侵蚀也可归结为通过加强冷却和使用高导热炭砖来降低砖衬热面温度问题。
综上所述，炉缸炉底象脚状异常侵蚀和炉缸环裂是由炉缸设计结构、耐火材料性能、施工质量、冷却制度、出铁制度以及操作制度等多方面因素造成的，从高炉设计角度分析，采用合理的炉缸炉底结构，强化炉缸炉底冷却，提高炭砖导热系数，降低炭砖气孔率，保持炉缸活跃和炉缸透液性、透气性是减缓象脚状异常侵蚀的基础从高炉操作角度分析，稳定高炉热制度.，控制合理的冶炼强度，平衡稳定的出铁是抑制炉缸炉底象脚状异常侵蚀和炉缸环裂的关键。找耐火材料网拥有千余家优质耐火材料生产企业会员、百余名耐火材料技术专家会员，如有需要可联系0371-85801188/13608696100。
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