1 簡介

高爐耐火材料的磨損對高爐爐齡有決定性作用。高爐爐役期間，可以在生產(chǎn)時，對爐襯材料進行幾次維修。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，還取決于設計標準（冷卻設備設計，電氣機械設計）和操作標準。所以，規(guī)定了碳塊的要求。

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)代修補技術(shù)，只有風口以下接觸爐渣和鐵水的下爐膛和爐底區(qū)在中間不能進行修補。因此，這個區(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，本文解釋了標準和微氣孔碳的測量。另外，比較了微氣孔族中的不同材料。

2 熱化學磨損

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

（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條件下碳塊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

這個滲透過程更適宜在高爐下部鐵水池的高鐵水靜壓力下進行。由于碳塊的多孔性，最初溶解后開始滲透，同時材料性能開始變化。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，導致碳塊碎裂。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、焦炭一起進入高爐，并發(fā)生反應。它們在三個可能的反應中產(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。

（4）氧化造成的磨損

立式冷卻壁漏水或有缺陷的風口會出現(xiàn)碳襯氧化。來自冷卻系統(tǒng)的熱鼓風或水蒸汽能導致多孔粘結(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，另一個磨損因素與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 熱機械磨損

（1）熱應力造成的磨損

熱面處的爐襯暴露于高溫之下，溫度達到1150℃。這個區(qū)的磨損受到溫度分布和合成壓縮應力控制，它取決于爐襯的機械物理性能。要是達到臨界壓縮應力值，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，出鐵方法對循環(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。

由熱應力和侵蝕造成的磨損是借助數(shù)學摸型使用計算機進行研究的領(lǐng)域。這些模型按鐵水溫度和流動，確定在不同條件下爐襯厚度的實際狀況。

4 對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。

按照試驗結(jié)果，導熱性，λ>15W/mK時，適合于減少堿侵蝕，并改善耐熱沖擊性。通過對爐膛的充分冷卻，絕熱“結(jié)殼”可以凍結(jié)在一般有低導熱性的側(cè)壁爐襯上。碳塊生產(chǎn)者的挑戰(zhàn)是平衡與石墨含量緊密有關(guān)的導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)試驗標準ISO12987可以對導熱性進行測量，生產(chǎn)結(jié)束時，碳塊生產(chǎn)者可以直接測量導熱性、相應的性能，還可以測試鐵水阻力，但試驗方法不是標準化的。

5 鐵水阻力試驗

不同等級碳（標準和微氣孔）的試驗將提供相關(guān)等級碳的性能信息。

鐵水阻力試驗模擬條件：

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是標準碳，是確定所有試驗基礎的“校準”等級。確定了所有試驗條件后，RDN的理論預期數(shù)值是接近20min后，鐵水溶解碳為4.5%，達到飽和度。

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量的。

約2%碳時，初始含碳量擴大，是試驗方法的弱點，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。這個效應并不能完全解釋清楚。據(jù)推測，機械作用以及某一局部氧化是材料強制磨損的原因。

9RDN的3個試樣表明鐵水中的狀態(tài)非常一致，大約5min后可觀察到?jīng)]有進一步溶解。這是改進耐鐵陶瓷添加劑的結(jié)果。

鐵水試驗后，試樣上出現(xiàn)同樣的結(jié)果：沒有磨損，可觀察到只有一點鵝頸管短截效應。

為了比較市場上可買到的其它材料，使用一致的試驗條件是非常重要。用同樣的設備處理所有等級材料，對于各個試驗只有鐵水的初始含碳量有變化。

A微氣孔樣品與9RDN的趨勢相同，可觀察到2min后接近沒有溶解。

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

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

6 結(jié)論

（1）通過鐵水試驗，在標準碳RDN基礎上進行了一系列的校準，使用陶瓷添加劑進一步改進了碳塊材料，例證了微孔性。

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

（3）與7RDN相比，微氣孔9RDN已經(jīng)改進了鐵水阻力

（4）微氣孔9RDN達到和試樣A微氣孔碳材料同樣的標準（甚至更好一點）。

（5）用該試驗方法得出在理論上期望的標準碳等級的結(jié)果。

（6）微氣孔9RDN已經(jīng)控制了導熱性和鐵水阻力之間的平衡，能夠同時改進兩種性能，對另一個性能無負作用。