高炉炉缸炉底侵蚀机理分析

炉缸、炉底烧穿是高炉炼铁生产中最严重的安全事故，会给企业带来重大的生命财产损失，甚至会终止高炉一代炉役的生产。炉缸、炉底烧穿事故不同于风口以上部位炉体烧穿或其他设备事故，上部炉体烧穿事故可通过短期检修恢复生产，而且能够做到修旧如新，高炉总体产能不会降低。而一旦发生炉缸、炉底烧穿事故，有的情况下会诱发重大的爆炸事故，毁坏一座生产车间;有的情况下高炉不能继续生产，只能大修或另建。

高炉炉缸、炉底烧穿的原因是多方面的，要认真进行分析并区别对待处理。提高高炉寿命是一项庞大的系统工程，要从设计、设备及材料选择、制造、施工、生产操作及维护、管理等方面采取综合措施，才能达到高炉长寿的预期厂标。

我国炼铁行业一贯十分重视高炉炉缸、炉底寿命，这可追溯到20世纪的60年代。20世纪70年代，因受“文化大革命”影响，我国钢铁工业发展经历了“十年徘徊”期。进入80年代以后，我国钢铁工业发展才进入稳定增长期，1996年我国钢年产量首次突破1亿吨，成为世界第一钢铁大国。在近十几年我国钢铁工业飞速发展的过程中，高炉大型化成为一个很显著的特征。

虽然我国高炉寿命的总体水平不断进步，但炉缸、炉底烧穿事故仍未绝迹，今天这篇文章主要说一下炉缸炉底侵蚀机理，改天我们再列举一下近20年国内外高炉烧穿事故的案例。

一座高炉从建成投产到一代炉役结束，炉缸、炉底都是浸泡在液态渣铁中，长期处于高温、高压冶炼过程。炉缸、炉底内衬的侵蚀非常复杂，有多种因素作用，对有些侵蚀机理的认识目前尚未完全统一，比较一致的看法大体可归结为两大类型，即机械侵蚀和化学侵蚀。

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机械侵蚀

热应力

炉缸耐火材料热面接触的液态渣铁，温度一般高于1350℃的，其冷面接触的冷却壁的冷却水温度为25~45℃,冷却壁的外端为炉壳，其温度接近大气温度。因此，炉缸径向温差可能高达1300℃,会产生很大的热应力。厚度1m左右的炉缸炉衬耐火材料，在高温、高压和温差很大的条件下进行热量传输，经受多种物理化学反应，热胀冷缩、断裂、粉碎等现象都可能发生。炉缸、炉底内的应力分布十分复杂，属于多学科的研究内容，目前的研究还很不够。

机械摩擦和冲刷

炉缸内铁水环流、渣铁液面的涨落，都会对炉衬耐火材料的热面产生摩擦和冲刷。在高温下，耐火材料的耐磨强度会降低，影响其使用寿命;与渣铁接触面形成的内衬保护层(渣皮)也会时长时掉，渣皮一口脱落，炉衬耐火材料又将经受机械摩擦和冲刷作用。

静压力和剪切作用

液态铁水的密度约为7.6t/m³,炉缸内铁水深度加上死铁层深度，聚集的液态铁水的深度高达数米。此外，炉内热风压力很高，以上因素叠加使炉底耐火材料承受的静压力高达若千兆帕。对处于炉缸、炉底交界面处的炭砖，上述静压力起着剪切作用。炭砖的常温抗压强度一般为20～40MPa,而常温抗折强度仪7~15MPa。在高温下，耐火材料强度低于其常温强度，它所承受压力与其本身承受能力接近，容易受压碎裂。一旦耐火材料破碎或产生裂纹，高温、高压的液态铁水就可能侵入砖缝或耐火材料孔隙。随着铁水侵入耐火材料，铁水与耐火材料的接触面迅速扩大，碳质颗粒会被铁水包围，使其熔入铁水的速度加快。炉衬耐火材料的上述侵蚀即为铁水的渗透侵蚀。为了减少铁水对炉底的渗透侵蚀，采用热导率高、微孔结构、抗铁水熔蚀性高的炭砖，精磨加工并在砌筑时严格控制砖缝尺寸是十分重要的。

上浮力

炉底耐火材料除了经受很大的静压力和剪切作用外，还受到铁水上浮力的作用。耐火材料的体积密度一般为1.5~3.0t/m³,只有铁水密度的几分之一，耐火材料比较容易浮于铁水之上。炉底靠炉壳附近一般有一定收径，依靠砖体结构的挤压、摩擦来防止耐火材料上浮。这种力作用于砖衬，使耐火材料易碎、易变形，只要某部位或一小处受侵蚀，就可能造成大量的耐火材料漂浮、损坏。

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化学侵蚀

铁水渗碳熔解侵蚀

现代高炉条件下炼钢生铁的含碳量大致在4.5%～5.4%之间³3,最高能达到多少尚缺少数据。生铁含碳量与高炉容积、压力、冶炼强度等因素有关。生铁是铁碳熔体含碳的不饱和溶液，只要在炉缸内有铁水，渗碳反应就不会停止。渗碳反应的碳可来自焦炭、煤粉和炭砖。炭砖中的石墨化炭砖、半石墨化炭砖，一旦与铁水接触，其渗碳反应进行很快，即炭砖在炉缸中的熔损很快。

氧化还原侵蚀

炉缸内的氧化反应有多种类型，比较复杂。例如，风口等冷却设备漏水引起的水煤气反应，会使炭砖因氧化而失碳、粉化、产生裂缝，最终导致强度下降。钾、钠、铅、锌等元素在高炉下部进行氧化还原反应，则是炭砖中常见的疏松带或环形裂缝的主要成因。对炭砖受各种氧化作用侵蚀而破坏，人们的认识是比较一致的。

上述机械侵蚀和化学侵蚀同时作用于炉缸、炉底，很难分清哪个因素在先，哪个因素在后，孰重孰轻。只能说在某一条件下一种侵蚀为主，而另一种侵蚀为辅，可根据具体条件加以控制。