D0I:10.13374/i.issm1001053x.2010.09.21 第32卷第9期 北京科技大学学报 Vo132N99 2010年9月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Se2010 高炉炉衬侵蚀微观机理 祁成林)张建良”蒋海冰2》 孔德文”杨阳”王筱留” 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)新余钢铁集团有限公司新余338000 摘要对高炉上部中，低温区和下部高温区取砖样，应用热力学计算、扫描电镜和能谱分析等方法从热力学和微观机理两 方面研究了高炉衬砖侵蚀机理.结果表明：K对碳砖的侵蚀具有穿透力，Na则没有：K是通过K蒸气穿透到砖中，而a是通 过气体带着a的化合物渗透到砖缝中.在高温区Z对砖的侵蚀作用很小，中、低温区Z对砖的侵蚀影响最大. 关键词高炉：炉衬：碱金属：侵蚀：机理 分类号TF5731 M icroscop ic mechan ism of lin ing erosion in a b last furnace QICheng li,ZHANG Jian lang)JIANG Haibing2),KONG Dewen YANG Yang),WANG Xiao lip) 1)SchoolofMeta llugcal ad Ecopgical Engneering Uniersit of Scence and Technopgy Beijng Beijirg 100083 China 2)Xinyu Irn SteelGroup Co Ld,Xnyu338000 China ABSTRACT W ith samples acqu ired from different temperature zones in a blast fumace(BF)the eros ionm echania of lin ngs was investgated n hemodynam ics andm icrmechan ism by hemoynamic cakulatons SEM and EDS The results ind cate that bricks are penetrable for the steam ofk butNa penetates n bricks by airfowm ixed wih Na com pounds Zn has a larger effect on linng ero son inm ddle and low temperaue zones but much less in a hgh temperature zone KEY WORDS blast fimaces linngs alkalimetals eroson mechanism 自2002年到2007年世界钢铁产量大幅度增 炭碱金属荷重≤1.2kg,喷吹煤粉≤13k怒， 加，仅中国就增加了4倍，造成铁矿石紧张，价格暴 入炉原料带入的碱金属含量≤2.2k8,入炉原料 涨.据统计，到2007年12月，进口铁矿石到岸价格 中锌控制在≤0.15kg. 比5年前涨了近4009%，铁矿的减少，资源争夺的加 高炉衬砖的侵蚀有三种！：①高温煤气和渣铁 剧，使得入高炉的原燃料质量、性能呈下降趋 的冲刷：②高热流强度及热冲击：③碱金属、锌和析 势，入炉有害元素如硫、磷、铅、砷，氟、氯、钾、 碳反应的破坏作用.随着原燃料的恶化，碱金属和 钠、锌和锡增加 锌等对高炉造成的影响研究受到更多的重视.研究 K碱金属增多对高炉造成的影响有炉缸堆 表明，在炉衬的破坏中碱金属的破坏占40%，锌、 积、高炉结瘤、透气性变差、透液性变差以及炉墙损 S0和析碳反应破坏占20%，热震约占10%，磨损 坏，重者炉况失常3.近几年频繁出现炉底上涨、 约占1%，渣侵蚀约占%.通常认为碱金属对高 “象脚”侵蚀、风口上翘、中套压扁和炉缸炉底烧穿 炉衬砖的侵蚀机理为碱金属与衬砖中的A!Q、SQ 等，促使人们更加重视并进一步研究高炉中的钾、钠 形成钾霞石3KOAQ·2S0体积膨胀49%~ 碱金属循环对治炼过程和寿命的影响.对于碱金属 50%)及白榴石3KOA,Q·4S0(体积膨胀 入炉负荷，日本、比利时和法国等的高炉标准要求控 30%,二者使衬砖发生异常膨胀现象，导致砖衬疏 制在3.0kg'以下；中国标准是3.0kg,宝钢约 松、开裂及脱落，形成低熔体，造成衬砖侵蚀.本次 为1.5k8T.大型高炉对碱金属的控制标准为：焦 研究通过热力学计算和微观分析，探讨了碱金属和 收稿日期：2009-12-03 作者简介：祁成林(1982-，男.博士研究生：张建良(1965，男.教授.博土，Em时1an@me sall ust ed州m第 32卷 第 9期 2010年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.9 Sep.2010 高炉炉衬侵蚀微观机理 祁成林 1) 张建良 1) 蒋海冰 1, 2) 孔德文 1) 杨 阳 1) 王筱留 1) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2)新余钢铁集团有限公司, 新余 338000 摘 要 对高炉上部中、低温区和下部高温区取砖样, 应用热力学计算、扫描电镜和能谱分析等方法, 从热力学和微观机理两 方面研究了高炉衬砖侵蚀机理.结果表明:K对碳砖的侵蚀具有穿透力, Na则没有;K是通过 K蒸气穿透到砖中, 而 Na是通 过气体带着 Na的化合物渗透到砖缝中.在高温区 Zn对砖的侵蚀作用很小, 中、低温区 Zn对砖的侵蚀影响最大. 关键词 高炉;炉衬;碱金属 ;侵蚀;机理 分类号 TF573.1 Microscopicmechanismofliningerosioninablastfurnace QICheng-lin1) , ZHANGJian-liang1) , JIANGHai-bing1, 2) , KONGDe-wen1) , YANGYang1) , WANGXiao-liu1) 1)SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2)XinyuIron＆SteelGroupCo.Ltd., Xinyu338000, China ABSTRACT Withsamplesacquiredfromdifferenttemperaturezonesinablastfurnace(BF), theerosionmechanismofliningswas investigatedinthermodynamicsandmicro-mechanismbythermodynamiccalculations, SEMandEDS.Theresultsindicatethatbricks arepenetrableforthesteamofK, butNapenetratesinbricksbyairflowmixedwithNacompounds.Znhasalargereffectonliningero￾sioninmiddleandlowtemperaturezonesbutmuchlessinahightemperaturezone. KEYWORDS blastfurnaces;linings;alkalimetals;erosion;mechanism 收稿日期:2009--12--03 作者简介:祁成林(1982— ), 男, 博士研究生;张建良(1965— ), 男, 教授, 博士, E-mail:jl.zhang@metall.ustb.edu.cn 自 2002年到 2007 年世界钢铁产量大幅度增 加 ,仅中国就增加了 4倍 ,造成铁矿石紧张 , 价格暴 涨 .据统计 ,到 2007年 12月 ,进口铁矿石到岸价格 比 5年前涨了近 400%,铁矿的减少 , 资源争夺的加 剧 , 使 得入高 炉的原 燃料质 量、性能呈 下降趋 势 [ 1--2] , 入炉有害元素如硫、磷、铅 、砷 、氟、氯 、钾 、 钠 、锌和锡增加. K、Na碱金属增多对高炉造成的影响有炉缸堆 积 、高炉结瘤 、透气性变差 、透液性变差以及炉墙损 坏 , 重者炉况失常 [ 3] .近几年频繁出现炉底上涨 、 “象脚”侵蚀 、风口上翘、中套压扁和炉缸炉底烧穿 等 ,促使人们更加重视并进一步研究高炉中的钾、钠 碱金属循环对冶炼过程和寿命的影响 .对于碱金属 入炉负荷,日本、比利时和法国等的高炉标准要求控 制在 3.0kg·t -1以下;中国标准是 3.0 kg·t -1 ,宝钢约 为 1.5 kg·t -1 .大型高炉对碱金属的控制标准为 :焦 炭碱金属荷重 ≤1.2 kg·t -1 , 喷吹煤粉 ≤1.3 kg·t -1 , 入炉原料带入的碱金属含量≤2.2 kg·t -1 , 入炉原料 中锌控制在≤0.15 kg·t -1. 高炉衬砖的侵蚀有三种 [ 4] :①高温煤气和渣铁 的冲刷;②高热流强度及热冲击 ;③碱金属、锌和析 碳反应的破坏作用 .随着原燃料的恶化, 碱金属和 锌等对高炉造成的影响研究受到更多的重视.研究 表明 , 在炉衬的破坏中碱金属的破坏占 40%, 锌、 SiO和析碳反应破坏占 20%, 热震约占 10%, 磨损 约占 10%,渣侵蚀约占 5%.通常认为碱金属对高 炉衬砖的侵蚀机理为碱金属与衬砖中的 Al2 O3 、SiO2 形成钾霞石 3K2 O·Al2 O3· 2SiO2 (体积膨胀 49% ～ 50%)及白榴石 3K2 O· Al2 O3· 4SiO2 (体积膨胀 30%),二者使衬砖发生异常膨胀现象 ,导致砖衬疏 松、开裂及脱落 ,形成低熔体, 造成衬砖侵蚀 .本次 研究通过热力学计算和微观分析 , 探讨了碱金属和 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.09.021