高爐爐缸死鐵層部位形成“蒜頭狀”侵蝕是影響高爐爐缸壽命的關(guān)鍵。形成“蒜頭狀”侵蝕的根本原因是爐缸死鐵層部位沒(méi)有持久的渣皮覆蓋以及碳磚抗鐵水侵蝕能力差;其對(duì)策主要是在碳磚砌體熱面增加保護(hù)層和改善碳磚的有關(guān)性能。

  爐缸內(nèi)渣皮覆蓋狀況 

高爐停爐后發(fā)現(xiàn)，鐵口中心線以上的碳磚基本上都被渣皮覆蓋，而鐵口中心線以下的死鐵層部位碳磚基本上沒(méi)有渣皮覆蓋。

生產(chǎn)過(guò)程中，鐵口中心線以上部位有液態(tài)渣存在，冷卻后在碳磚表面凝固成一定厚度的渣皮。而鐵口中心線以下的死鐵層部位，在日常生產(chǎn)中，總是存滿鐵水，爐渣不能達(dá)此，也即不可能形成渣皮。在新開(kāi)爐鐵水生成前，即使?fàn)t渣首先到達(dá)死鐵層而形成渣皮，但由于在以后的生產(chǎn)過(guò)程中，沒(méi)有新的渣皮生成，這些渣皮也會(huì)由于種種原因而逐漸減薄直至完全消失，所以在高爐的長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程中，該部位鐵水直接接觸碳磚。

  碳磚的環(huán)裂  

高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，高爐在生產(chǎn)過(guò)程中碳磚確實(shí)存在環(huán)裂現(xiàn)象，裂縫寬度有的可達(dá)20 mm，見(jiàn)圖2。因?yàn)樘即u環(huán)裂后裂縫處出現(xiàn)氣體隔熱層，其內(nèi)部的熱量向外傳遞受阻，外部的冷卻效果因此而降低，使碳磚溫度升高，侵蝕速度加快。所以，環(huán)裂對(duì)爐缸的壽命產(chǎn)生很大影響。

碳磚產(chǎn)生環(huán)裂的主要原因是碳磚較長(zhǎng)，內(nèi)外溫差大，因而產(chǎn)生剪應(yīng)力。由于鐵口中心線以上的碳磚在正常狀態(tài)下有較厚的渣皮覆蓋，因此，碳磚熱面溫度相對(duì)較低;而鐵口中心線以下的碳磚沒(méi)有渣皮覆蓋，鐵水直接接觸碳磚，其熱面溫度高得多。因此，后者比前者內(nèi)外溫差大，熱應(yīng)力也大，這和某些高爐熱應(yīng)力的測(cè)定結(jié)果是吻合的。由此可見(jiàn)，死鐵層部位的碳磚因熱應(yīng)力大而易產(chǎn)生環(huán)裂和裂紋，是死鐵層形成“蒜頭狀”侵蝕的重要原因之一。

堿金屬侵入碳磚使其變脆，促使碳磚環(huán)裂，但由于死鐵層部位經(jīng)常存滿鐵水，堿金屬很難與該部位碳磚接觸。因此，堿金屬侵入碳磚而促使其環(huán)裂不是死鐵層部位形成“蒜頭狀”侵蝕的主要原因。

  鐵水對(duì)碳磚的侵蝕  

由于死鐵層部位的碳磚沒(méi)有渣皮覆蓋，長(zhǎng)期與鐵水直接接觸，該部位碳磚不僅因熱應(yīng)力大而受到嚴(yán)重的破壞，而且，鐵水還會(huì)沿著碳磚氣孔孔道和裂縫向碳磚內(nèi)部滲透，有的滲入深度可達(dá)400～500 mm，無(wú)論是肉眼還是顯微觀察都十分清楚。

滲入碳磚的鐵水停留在碳磚的氣孔孔道和裂紋中，經(jīng)長(zhǎng)期浸泡和化學(xué)侵蝕，到達(dá)一定程度后，碳磚的結(jié)構(gòu)遭到破壞，相當(dāng)于形成無(wú)數(shù)小碳?jí)K，處于被鐵水的包圍之中，這些小碳?jí)K逐漸溶解于鐵水中，即產(chǎn)生所謂微觀“漂浮”侵蝕現(xiàn)象。

另外，爐底取樣的分析結(jié)果表明，磚縫中凝鐵的碳含量竟高達(dá)7.34 %，比正常鐵水中碳含量高3 %左右。這說(shuō)明鐵水與碳磚的長(zhǎng)期接觸，還存在著化學(xué)反應(yīng)，即化學(xué)溶解。

水滲入的碳磚內(nèi)部，都存在著鐵水溶解碳的反應(yīng)，這種反應(yīng)既有物理反應(yīng)，也有化學(xué)反應(yīng)，兩種反應(yīng)相互促進(jìn)，共同侵蝕碳磚。尤其是碳磚的大孔徑氣孔率高和石墨化程度高，上述反應(yīng)更加明顯。這也是碳磚比優(yōu)質(zhì)陶瓷磚抗鐵水侵蝕能力差，陶瓷質(zhì)爐缸形成“蒜頭狀”侵蝕較輕的原因之一。由此可見(jiàn)，鐵水對(duì)碳磚的侵蝕也是死鐵層形成“蒜頭狀”侵蝕的一個(gè)重要原因。

 爐缸內(nèi)的鐵水環(huán)流  

由于爐缸內(nèi)“死焦堆”的存在，高爐出鐵過(guò)程中，鐵水出現(xiàn)環(huán)流是必然現(xiàn)象。但在什么部位出現(xiàn)環(huán)流最嚴(yán)重，環(huán)流達(dá)到什么程度，對(duì)“蒜頭狀”侵蝕有多大影響，這些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和探討。筆者認(rèn)為，出鐵過(guò)程中，鐵水環(huán)流主要發(fā)生于鐵口中心線以上，而不應(yīng)該發(fā)生于死鐵層出現(xiàn)“蒜頭狀”侵蝕的部位。也就是說(shuō)，鐵水環(huán)流不應(yīng)該是死鐵層形成“蒜頭狀”侵蝕的主要原因。

綜上所述，由于死鐵層沒(méi)有渣皮覆蓋，鐵水長(zhǎng)期直接接觸碳磚，因此，該部位碳磚熱面溫度高，內(nèi)外溫差大，熱應(yīng)力大，易出現(xiàn)碳磚環(huán)裂和破損;因此，鐵水易滲入碳磚內(nèi)部，鐵水侵蝕碳磚的反應(yīng)在該部位就更易進(jìn)行。由此可見(jiàn)，沒(méi)有渣皮覆蓋而鐵水直接接觸碳磚和碳磚抗鐵水侵蝕能力較差，是死鐵層形成“蒜頭狀”侵蝕的根本原因。

  解決侵蝕的對(duì)策  

1　提高碳磚本身抗鐵水侵蝕的能力

(1) 碳磚實(shí)現(xiàn)微孔或超微孔

鐵水主要是沿著碳磚大孔徑孔道和裂紋向碳磚內(nèi)部滲透的。因此，碳磚實(shí)現(xiàn)微孔或超微孔，減少孔徑大于1 μm的氣孔，是阻止鐵水向碳磚內(nèi)滲透的有效措施，從而減緩鐵水對(duì)碳磚的侵蝕。實(shí)踐證明，此措施是有效的。

(2) 碳磚實(shí)現(xiàn)氣孔封閉

鐵水向碳磚內(nèi)部滲透的主要渠道是碳磚的氣孔孔道。美國(guó)UCAR公司的熱壓碳?jí)K其碳磚氣孔為封閉氣孔，消除或減少了鐵水向碳磚內(nèi)的滲透，使鐵水對(duì)碳磚的侵蝕只能在碳磚表面進(jìn)行，緩解了對(duì)碳磚的侵蝕速度。使用UCAR公司熱壓小碳?jí)K的實(shí)踐也證明此措施有效。

(3) 提高碳磚的導(dǎo)熱系數(shù)

提高碳磚的導(dǎo)熱系數(shù)是改善碳磚冷卻效果，降低碳磚溫度，減緩碳磚侵蝕速度的有效措施。

(4) 提高工作層碳磚的抗鐵水侵蝕能力

碳磚采用電煅燒無(wú)煙煤，降低其石墨化程度，增加某些添加劑，提高其抗鐵水侵蝕能力。

2　采用“碳磚+陶瓷杯”結(jié)構(gòu)

“碳磚+陶瓷杯”結(jié)構(gòu)是一種理想的消除“蒜頭狀”侵蝕的結(jié)構(gòu)。因致密的、荷重軟化開(kāi)始溫度高的陶瓷杯，其本身抗鐵水侵蝕能力比碳磚高得多，這樣，不僅使鐵水不能直接接觸碳磚，消除了對(duì)碳磚的侵蝕，而且由于其導(dǎo)熱系數(shù)低，可以有效地降低碳磚熱面溫度，緩解碳磚環(huán)裂。另外，死鐵層部位的陶瓷杯厚度適當(dāng)加厚效果會(huì)更好。

3　強(qiáng)化對(duì)爐缸的冷卻

強(qiáng)化對(duì)爐缸的冷卻是緩解鐵水對(duì)砌體侵蝕的有效辦法。冷卻效果的關(guān)鍵是較高的水速和消除水垢。

4　鈦化合物護(hù)爐

高爐生產(chǎn)一個(gè)時(shí)期后，若死鐵層“蒜頭狀”侵蝕逐漸形成，采用鈦化物護(hù)爐，可以在爐缸下部，尤其是在“蒜頭狀”侵蝕部位有效地(在碳磚熱面)形成鈦化合物保護(hù)層，制止對(duì)碳磚的進(jìn)一步侵蝕。要達(dá)到鈦化物護(hù)爐的效果，關(guān)鍵是[Ti]要達(dá)到0.13 %以上和連續(xù)護(hù)爐。

5 加強(qiáng)對(duì)爐缸及死鐵層狀態(tài)的檢測(cè)

(1) 檢測(cè)冷卻設(shè)備的水溫差和水量，計(jì)算熱流強(qiáng)度。

(2) 測(cè)定砌體的徑向溫差，計(jì)算熱流強(qiáng)度。

檢測(cè)熱流強(qiáng)度最好同時(shí)采用上述兩種方法，以便相互對(duì)照，消除測(cè)量誤差，準(zhǔn)確掌握砌體侵蝕狀況。

6　建立爐缸狀態(tài)的管理制度

冷卻水管理制度、酸洗制度、水溫差檢測(cè)制度、檢測(cè)參數(shù)的分析處理制度等都是必要的。

高爐碳磚爐缸“蒜頭狀”侵蝕的總結(jié)：

(1) 爐缸死鐵層部位形成“蒜頭狀”侵蝕的根本原因是該部位沒(méi)有持久的渣皮覆蓋。因此，鐵水直接接觸并侵蝕碳磚，碳磚熱面溫度高，內(nèi)外溫差大，因而熱應(yīng)力也大。

(2) 對(duì)爐缸死鐵層形成“蒜頭狀”侵蝕的主要對(duì)策是在碳磚熱面增設(shè)陶瓷杯保護(hù)層或采用鈦化物護(hù)爐形成保護(hù)層。另外，提高碳磚的有關(guān)性能、加強(qiáng)爐缸的冷卻和強(qiáng)化對(duì)爐缸狀態(tài)的檢測(cè)和管理也是有效措施。