高炉炼铁的机理及耐火材料的选择

　摘要：在

21 世纪的最初几年，我国的练铁技术取得了巨大进步，这不仅表现在技术经济

指标的显著提高，同时还表现在设备上有了飞速发展，其中有些已经进入了世界先进行列。
按照设计炉型，以耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬。高炉炉衬的作用在于构成高炉的工作
空间，减少热损失，并保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。
　　关键词：高炉设计

 耐火材料 机理

　　
　　一、炉衬破坏机理
　　高炉炉衬的寿命决定高炉一代寿命的长短。高炉内不同部位发生不同的物理化学反应，
所以需要具体分析各部位炉衬的破坏机理。
　　

1、 炉底

　　根据高炉停炉大修前炉底破损状况和生产中炉底温度等检测接过知道炉底破损分为两
个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑，第二阶段是熔结层形成后的化学侵
蚀。铁水渗入的条件：一是炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的

10%～20%；二

是砌砖存在砖缝和裂缝。
　　熔结层中砖与砖已烧结成一个整体，能抵抗铁水的渗入，并且坑底面的铁水温度也较
低，砖缝已不再是铁水渗入的薄弱环节了，这时炉衬损坏的主要原因转化为铁水中的碳将
砖中的二氧化硅还原成硅，并被铁水所吸收的化学侵蚀。反应方程式如下：
　　

SiO2+2[C]+[Fe]=[FeSi]+2CO

　　从上述炉底破损机理看出，影响炉底寿命因素：首先是它承受的高压，其次是高温，
再次是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底的冲刷，炉底的砖衬在加热过程中产生温度应力
引起转层开裂，此外在高温下渣铁也对砖衬有化学侵蚀作用，特别是渣液的侵蚀更为严重。
　　

2、炉缸

　　炉缸下部是盛渣铁液的地方，而且周期地进行聚集和排出，所以渣铁的流动、炉内渣铁
液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要破坏因素。高炉炉渣偏碱性而常
用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素。整个高炉
的最高温度区域是炉缸上部的风口带，此处炉衬内表面温度高达

1300oC～1900oC，所以砖

衬的耐高温性能和相应的冷却措施都是非常重要的。
　　

3、 炉腹

　　此处距风口带近，故高温热应力作用很大。由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料
时的冲击力的影响。另外还承受初渣的化学侵蚀。由于初渣中的

FeO、MnO 以及自由 CaO 含

量较高，初渣中

FeO、MnO、 CaO 与砖衬中的 SiO2 反应，生成低熔点化合物，是砖衬表面

软熔，在液态渣铁和煤气流的冲刷下而脱落。在实际生产中，往往开炉不久这部分炉衬便被
完全侵蚀掉，增加炉衬厚度也无济于事，而是靠冷却壁上的渣皮维持生产。
　　

4 、 炉身

　　炉身中下部温度较高，故热应力的影响较大，同时也受到初渣的化学侵蚀以及碱金属
和锌的化学侵蚀。另外，碳素沉积也是该部位炉衬损坏的一个原因。在炉身上部炉料比较坚
硬，具有棱角，下降炉料的磨损和夹带着的大量炉尘的高速煤气流的冲刷是这部位炉衬损
坏的主要原因。