[发明专利]适用于炼铁高炉炉缸内衬的复合刚玉砖

说明书

本发明涉及一种适用于炼铁高炉炉缸内衬的复合刚玉砖。

我国自92年鞍钢7号高炉(2580m³)首次采用自焙炭块--陶瓷砌体复合炉缸内衬结构以来，至今已在70多座不同容积的高炉上应用，取得了节能降耗并有利于高炉强化的显著效果，其优越性已被有关专家和广大高炉工作者所公认。但是，随着高炉冶炼的进一步强化(2000m³以上的大高炉，利用系数2.2-2.5t/m³.d,300-400m³的中小型高炉，利用系数达到2.8-3.2t/m³.d)，使炉缸复合结构中陶瓷砌体的工作条件进一步恶化，造成目前所使用的陶瓷砌体复合炉缸内衬(主要为刚玉莫来石砖或复合棕刚玉砖)难以满足高炉实现12年以上寿命目标的需要。经研究发现，影响陶瓷砌体复合炉缸内衬使用寿命的主要原因来自以下几方面：

一、铁水渗透的破坏作用

高炉大型化以及炉顶压力提高(0.15-0.2Mpa)以后，铁水向砖体内部的渗透力增加。在正常生产中温度≥1150℃区域的铁水呈液态。当高炉在较长时间的休风过程中，炉缸温度降低后铁水凝固时，产生的膨胀应力对砖体产生很大的破坏作用。从鞍钢4号高炉大修时采集到的刚玉莫来石砖上看到：横向和径向均出现较大的裂纹，铁水沿裂纹渗透到砖体内部，深度达残砖的2/3以上。

二、热应力的破坏作用

炉缸内衬陶瓷砌体是在一端承受高温(1450℃以上)，另一端在冷却壁通水冷却的条件下工作的，因而陶瓷砌体沿径向存在着很大的温度梯度(两端温差约1400℃)。陶瓷砌体在炉缸内衬中属工作层，里侧直接和高温煤气及液态的渣铁接触，外侧和导热性能好的炭块(焙烧炭块或自焙炭块)接触。根据理论计算和多座不同容积高炉的实测结果，陶瓷砌体在砖体230mm或345mm的长度内，存在着500℃-600℃的温差，因温度不同而产生的不均匀膨胀，势必在砖体内部产生很大的破坏应力。

三、碱金属的破坏作用

尽管炼铁用的原、燃料中碱金属含量很低，但在高炉冶炼过程中存在着碱金属的循环富集现象。在炉缸内1450℃以上的高温条件下，钠、钾、锰等碱金属呈气态，因此更易侵入陶瓷砌体砖的气孔中。在鞍钢7号高炉中修和4号高炉大修时，对采集到的刚玉莫来石砖进行化学分析，残砖工作面端的碱金属含量高达10％以上，和炭块接触端的碱金属含量也达到3.45％以上。碱金属侵入砖体内部生产低熔点化合物后更易被熔渣侵蚀，同时也使陶瓷砌体的各种使用性能大幅度降低。

四、铁水冲刷磨损破坏作用

由于在炉缸内有焦炭“死料柱”存在，在出铁过程中，铁水穿透焦炭“死料柱”的阻力远比沿圆周流向铁口的阻力大得多。因此，势必有铁水的环流存在。铁水环流对炉缸侧壁内衬有报强的冲刷磨损作用，往往在炉缸侧壁和炉底的交接面处发生“蒜头状”的异常侵蚀。死铁层高度越小，这种冲刷磨损作用越强，尽管现在把死铁层高度按炉缸直径的20％左右设计，但也难以完全避免铁水环流的冲刷磨损。

五、熔渣化学侵蚀的破坏作用

在高炉冶炼中，只有保持炉渣的流动性良好，才能保持炉况的稳定运行。而炉渣的流动性越好，向砖体内部渗透力越强，化学侵蚀的破坏作用越大，特别是碱金属侵入生成低熔点化合物后，更加速了熔渣侵蚀破坏作用的速度。

由于上述因素的存在，使得陶瓷砌体刚玉莫来石砖在炉缸内高温、还原气氛作用下，莫来石分解生成多孔结构的AL₂O₃。其化学反应式为：

在碱金属氧化物存在的条件下，莫来石在分解的同时又生成大量低熔点的玻璃相，因而导致各项理化指标和使用性能降低。另外，随着莫来石的分解及结合粘土中游离SiO的析出，基质中出现二次莫来石化现象。原始莫来石相的分解及二次莫来石化，使制品结构发生变化，制品内部出现大量结构缺陷。因此，从岩相图上可看到液态渣，铁对刚玉莫来石砖的侵蚀均从基质及颗粒的裂纹开始，随着侵蚀的深入逐渐被熔蚀掉。

而对于陶瓷砌体复合棕刚玉砖，虽然复合棕刚玉砖中的SIC不与熔渣润湿，抗渣侵蚀性能较好，但与铁水接触时，铁水对SIC润湿良好，SIC同铁发生如下反应：