1 簡(jiǎn)介

高爐耐火材料的磨損對(duì)高爐爐齡有決定性作用。高爐爐役期間，可以在生產(chǎn)時(shí)，對(duì)爐襯材料進(jìn)行幾次維修。然而，爐膛區(qū)的修理工作需要停止生產(chǎn)。因此，高爐爐膛是非常關(guān)鍵的部分。

高爐爐齡不僅取決于耐火材料及其性能，還取決于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（冷卻設(shè)備設(shè)計(jì)，電氣機(jī)械設(shè)計(jì)）和操作標(biāo)準(zhǔn)。所以，規(guī)定了碳?jí)K的要求。

耐火材料的磨損決定高爐爐齡。由于在高爐上部區(qū)已制定了現(xiàn)代修補(bǔ)技術(shù)，只有風(fēng)口以下接觸爐渣和鐵水的下?tīng)t膛和爐底區(qū)在中間不能進(jìn)行修補(bǔ)。因此，這個(gè)區(qū)的爐襯需要高質(zhì)量爐襯材料。最重要的磨損參數(shù)之一是鐵水阻力，本文解釋了標(biāo)準(zhǔn)和微氣孔碳的測(cè)量。另外，比較了微氣孔族中的不同材料。

2 熱化學(xué)磨損

所有磨損機(jī)理都是聯(lián)合起作用的。為更好地理解，下面分別說(shuō)明不同的磨損機(jī)理。

（1）鐵水中碳溶解造成的磨損

這是難熔碳的溶解，在高爐下部不同溫度和流動(dòng)條件下碳?jí)K中的碳溶解在鐵水中，類似于爐料中焦炭溶解。

（2）鐵水滲透造成的磨損

這個(gè)滲透過(guò)程更適宜在高爐下部鐵水池的高鐵水靜壓力下進(jìn)行。由于碳?jí)K的多孔性，最初溶解后開(kāi)始滲透，同時(shí)材料性能開(kāi)始變化。在鐵滲透后，織構(gòu)破裂，線裂紋形成。連同鐵水的永久侵蝕和溫度變化，導(dǎo)致碳?jí)K碎裂。在有堿金屬和鋅的情況下，它促使脆層形成。

（3）堿金屬循環(huán)造成的磨損

堿金屬以氧化物和硫酸鹽形式與爐料、焦炭一起進(jìn)入高爐，并發(fā)生反應(yīng)。它們?cè)谌齻€(gè)可能的反應(yīng)中產(chǎn)生碳料：

☆ 滲透的堿金屬氧化；

☆ 把堿金屬蒸汽添入碳結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致局部容積增加；

☆ 堿金屬與添加劑或雜質(zhì)在爐襯中產(chǎn)生反應(yīng)。

（4）氧化造成的磨損

立式冷卻壁漏水或有缺陷的風(fēng)口會(huì)出現(xiàn)碳襯氧化。來(lái)自冷卻系統(tǒng)的熱鼓風(fēng)或水蒸汽能導(dǎo)致多孔粘結(jié)基體加速磨損。因此，碳的耐磨組分將溶解，并受到鐵水沖洗。

（5）CO分解造成的磨損

按照布氏反應(yīng)，另一個(gè)磨損因素與CO分解有關(guān)。在一定的溫度條件下，將出現(xiàn)碳沉積，并由此造成裂紋。

3 熱機(jī)械磨損

（1）熱應(yīng)力造成的磨損

熱面處的爐襯暴露于高溫之下，溫度達(dá)到1150℃。這個(gè)區(qū)的磨損受到溫度分布和合成壓縮應(yīng)力控制，它取決于爐襯的機(jī)械物理性能。要是達(dá)到臨界壓縮應(yīng)力值，可能出現(xiàn)裂紋和漏出。

（2）侵蝕造成的磨損

循環(huán)鐵水侵蝕爐膛側(cè)壁。此時(shí)，出鐵方法對(duì)循環(huán)有很大影響。不同的磨損外形是從“死鐵”的不同狀態(tài)中生成的。

由熱應(yīng)力和侵蝕造成的磨損是借助數(shù)學(xué)摸型使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行研究的領(lǐng)域。這些模型按鐵水溫度和流動(dòng)，確定在不同條件下?tīng)t襯厚度的實(shí)際狀況。

4 對(duì)高爐爐膛爐襯的要求

如果考慮高爐下部所有的影響和相互作用，那么鐵水阻力是最重要的條件。

按照試驗(yàn)結(jié)果，導(dǎo)熱性，λ>15W/mK時(shí)，適合于減少堿侵蝕，并改善耐熱沖擊性。通過(guò)對(duì)爐膛的充分冷卻，絕熱“結(jié)殼”可以凍結(jié)在一般有低導(dǎo)熱性的側(cè)壁爐襯上。碳?jí)K生產(chǎn)者的挑戰(zhàn)是平衡與石墨含量緊密有關(guān)的導(dǎo)熱性和鐵水阻力之間的矛盾。自然界的石墨在鐵水中容易溶解。根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ISO12987可以對(duì)導(dǎo)熱性進(jìn)行測(cè)量，生產(chǎn)結(jié)束時(shí)，碳?jí)K生產(chǎn)者可以直接測(cè)量導(dǎo)熱性、相應(yīng)的性能，還可以測(cè)試鐵水阻力，但試驗(yàn)方法不是標(biāo)準(zhǔn)化的。

5 鐵水阻力試驗(yàn)

不同等級(jí)碳（標(biāo)準(zhǔn)和微氣孔）的試驗(yàn)將提供相關(guān)等級(jí)碳的性能信息。

鐵水阻力試驗(yàn)?zāi)M條件：

a）接近2%的碳造成的碳溶解；

b）旋轉(zhuǎn)鐵水試樣造成的侵蝕。

RDN是標(biāo)準(zhǔn)碳，是確定所有試驗(yàn)基礎(chǔ)的“校準(zhǔn)”等級(jí)。確定了所有試驗(yàn)條件后，RDN的理論預(yù)期數(shù)值是接近20min后，鐵水溶解碳為4.5%，達(dá)到飽和度。

試樣的外觀與溶解直到飽和極限為止的曲線有關(guān)。微氣孔碳的溶解較少，20min后溶解速率是不可測(cè)量的。

約2%碳時(shí)，初始含碳量擴(kuò)大，是試驗(yàn)方法的弱點(diǎn)，它與金屬和碳粉的困難組成有關(guān)。

在液態(tài)金屬邊界處觀察惰性氣體氣氛下鵝頸管短截效應(yīng)。這個(gè)效應(yīng)并不能完全解釋清楚。據(jù)推測(cè)，機(jī)械作用以及某一局部氧化是材料強(qiáng)制磨損的原因。

9RDN的3個(gè)試樣表明鐵水中的狀態(tài)非常一致，大約5min后可觀察到?jīng)]有進(jìn)一步溶解。這是改進(jìn)耐鐵陶瓷添加劑的結(jié)果。

鐵水試驗(yàn)后，試樣上出現(xiàn)同樣的結(jié)果：沒(méi)有磨損，可觀察到只有一點(diǎn)鵝頸管短截效應(yīng)。

為了比較市場(chǎng)上可買(mǎi)到的其它材料，使用一致的試驗(yàn)條件是非常重要。用同樣的設(shè)備處理所有等級(jí)材料，對(duì)于各個(gè)試驗(yàn)只有鐵水的初始含碳量有變化。

A微氣孔樣品與9RDN的趨勢(shì)相同，可觀察到2min后接近沒(méi)有溶解。

有一點(diǎn)不同的是鵝頸管短截效應(yīng)的狀態(tài)。鵝頸管短截顯現(xiàn)更強(qiáng)。

當(dāng)7RDN在整個(gè)30min期間有溶解作用時(shí)，9RDN和試樣A在30min內(nèi)顯示接近沒(méi)有溶解作用。

6 結(jié)論

（1）通過(guò)鐵水試驗(yàn)，在標(biāo)準(zhǔn)碳RDN基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列的校準(zhǔn)，使用陶瓷添加劑進(jìn)一步改進(jìn)了碳?jí)K材料，例證了微孔性。

（2）微氣孔7RDN，作為下一代的里程碑產(chǎn)品，有力地改進(jìn)了鐵水阻力。

（3）與7RDN相比，微氣孔9RDN已經(jīng)改進(jìn)了鐵水阻力

（4）微氣孔9RDN達(dá)到和試樣A微氣孔碳材料同樣的標(biāo)準(zhǔn)（甚至更好一點(diǎn)）。

（5）用該試驗(yàn)方法得出在理論上期望的標(biāo)準(zhǔn)碳等級(jí)的結(jié)果。

（6）微氣孔9RDN已經(jīng)控制了導(dǎo)熱性和鐵水阻力之間的平衡，能夠同時(shí)改進(jìn)兩種性能，對(duì)另一個(gè)性能無(wú)負(fù)作用。