·492· 北京科技大学学报 第33卷 砖的侵蚀规律 一层碳砖上凝结物：②中间六层碳砖断裂处：③风口 碳砖两个样品，分别为15"风口三段碳砖表面凝结 1碳砖环裂机理分析 物和风口下方靠冷面200mm粉化碳砖样：④铁口碳 炉缸侧壁碳砖环裂已经被国内外研究者所公 砖热面.对所取五个样品逐一进行扫描电镜分析、 认，对其形成机理有一些不同的理论).日本新日 能谱分析、X衍射分析及原子吸收光谱的有害元素 铁研究者池田順一等I-o0就新日铁Muroran3高炉 定量分析. 的解体研究发现，炉缸上部中间部位有约l00mm的 2.1第一层碳砖上凝结物 脆化层，其给出的原因是碳砖气孔在1m以上易发 图1、图2和表1、表2为第一层碳砖形貌及 生渗铁，从而使碳砖发生脆化.黄晓煜等对鞍钢 EDS分析结果.可以看出碳砖的孔隙较大、蓬松，由 高炉炉缸破损状况进行了详细的调查，认为脆化层 此推断出碳砖的密度和强度都有了一定的降低。从 是铁水与碳砖接触处的侵蚀机理，脆化层并不是产 表3原子吸收光谱分析有害元素来看，K质量分数 生环裂的主要原因，也不符合我国综合炉底破损的 为7.28%，结合XRD(图3)及EDS结果可以认为， 实际情况.张寿荣等认为铁水的渗透是引起高炉 侵蚀以K的化合物为主，生成白榴石，体积膨胀 炉缸炉底破坏的主要原因.降低碳砖的气孔率是最 30%~50%,这是造成第一层碳砖侵蚀的主要原因. 好的解决办法.综合炉缸侧壁的环状裂缝是由于碳 砖和高铝砖热膨胀不同而造成的.碱金属和Z、 Z0一起产生的侵蚀作用是高炉炉衬特别是炉身内 衬破损的主要原因.除改善耐火材料质量外，还必 须设计一种较好的冷却方式，以保持炉衬热端的温 度低于碱金属起侵蚀作用的温度.文献[12]表明， 碱金属在碳砖侵蚀中起重要作用，其碱金属在碳砖 表面的侵蚀机理为 K2O(s)+3C(s)+N2(q)=2KCN(q)+CO(q) 图1第一层碳砖上凝结物全形貌 (1) Fig.I SEM image of coagulation on in the first layer carbon bricks 通过大量的炉底炉缸的调查，发现渗入碳砖气 孔的碱蒸气，大大加速碳砖中碳素熔损.同时认为， 在碳砖表面碱金属的气化侵蚀，1000℃左右碳砖的 中间部位反应(1)最激烈，从而使碳砖的密度变差， 强度降低，更容易破坏.从而得出了碳砖另一种侵 蚀机理一渗铁侵蚀.在高于1150℃时，砖中碳素 颗粒与渗入砖中的铁水进行渗碳过程，使碳砖渗铁 在低于1150℃时，渗入砖中的铁水凝固并析出片状 石墨沉积，其体积膨胀对砖起着碎裂破坏作用. 2炉缸侧壁碳砖环裂微观分析 图2图1中点1的形貌 Fig.2 SEM image of Point 1 in Fig.I 本文研究共取四类有代表性的五个试样：①第 表1第一层碳砖上凝结物能谱分析结果（质量分数） Table 1 EDS analysis results of coagulation on the first layer carbon bricks % 位置 C 0 Mg Si 个 Ca Fe Zn 57.23 10.58 1.33 0.41 1.48 1.22 5.86 21.89 2 83.65 6.92 0.43 1.24 2.49 2.65 2.16 70.37 15.61 0.59 2.61 5.37 0.42 5.04 0.46 4 4.55 35.82 0.58 3.91 5.25 0.41 2.71 46.77北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 砖的侵蚀规律． 1 碳砖环裂机理分析 炉缸侧壁碳砖环裂已经被国内外研究者所公 认，对其形成机理有一些不同的理论［7］． 日本新日 铁研究者池田順一等［8--10］就新日铁 Muroran 3 高炉 的解体研究发现，炉缸上部中间部位有约 100 mm 的 脆化层，其给出的原因是碳砖气孔在 1 μm 以上易发 生渗铁，从而使碳砖发生脆化． 黄晓煜等［11］对鞍钢 高炉炉缸破损状况进行了详细的调查，认为脆化层 是铁水与碳砖接触处的侵蚀机理，脆化层并不是产 生环裂的主要原因，也不符合我国综合炉底破损的 实际情况． 张寿荣等［4］认为铁水的渗透是引起高炉 炉缸炉底破坏的主要原因． 降低碳砖的气孔率是最 好的解决办法． 综合炉缸侧壁的环状裂缝是由于碳 砖和高铝砖热膨胀不同而造成的． 碱金属和 Zn、 ZnO 一起产生的侵蚀作用是高炉炉衬特别是炉身内 衬破损的主要原因． 除改善耐火材料质量外，还必 须设计一种较好的冷却方式，以保持炉衬热端的温 度低于碱金属起侵蚀作用的温度． 文献［12］表明， 碱金属在碳砖侵蚀中起重要作用，其碱金属在碳砖 表面的侵蚀机理为 K2O( s) + 3C( s) + N2 ( q) = 2KCN( q) + CO( q) ( 1) 通过大量的炉底炉缸的调查，发现渗入碳砖气 孔的碱蒸气，大大加速碳砖中碳素熔损． 同时认为， 在碳砖表面碱金属的气化侵蚀，1 000 ℃ 左右碳砖的 中间部位反应( 1) 最激烈，从而使碳砖的密度变差， 强度降低，更容易破坏． 从而得出了碳砖另一种侵 蚀机理———渗铁侵蚀． 在高于 1 150 ℃ 时，砖中碳素 颗粒与渗入砖中的铁水进行渗碳过程，使碳砖渗铁． 在低于 1 150 ℃时，渗入砖中的铁水凝固并析出片状 石墨沉积，其体积膨胀对砖起着碎裂破坏作用． 2 炉缸侧壁碳砖环裂微观分析 本文研究共取四类有代表性的五个试样: ①第 一层碳砖上凝结物; ②中间六层碳砖断裂处; ③风口 碳砖两个样品，分别为 15# 风口三段碳砖表面凝结 物和风口下方靠冷面 200 mm 粉化碳砖样; ④铁口碳 砖热面． 对所取五个样品逐一进行扫描电镜分析、 能谱分析、X 衍射分析及原子吸收光谱的有害元素 定量分析． 2. 1 第一层碳砖上凝结物 图 1、图 2 和表 1、表 2 为第一层碳砖形貌及 EDS 分析结果． 可以看出碳砖的孔隙较大、蓬松，由 此推断出碳砖的密度和强度都有了一定的降低． 从 表 3 原子吸收光谱分析有害元素来看，K 质量分数 为 7. 28 % ，结合 XRD( 图 3) 及 EDS 结果可以认为， 侵蚀以 K 的化合物为主，生成白榴石，体积膨胀 30% ～ 50% ，这是造成第一层碳砖侵蚀的主要原因． 图 1 第一层碳砖上凝结物全形貌 Fig． 1 SEM image of coagulation on in the first layer carbon bricks 图 2 图 1 中点 1 的形貌 Fig． 2 SEM image of Point 1 in Fig． 1 表 1 第一层碳砖上凝结物能谱分析结果( 质量分数) Table 1 EDS analysis results of coagulation on the first layer carbon bricks % 位置 C O Na Mg Al Si S K Ca Fe Zn 1 57. 23 10. 58 1. 33 — 0. 41 1. 48 1. 22 5. 86 — 21. 89 — 2 83. 65 6. 92 0. 43 — 1. 24 2. 49 — 2. 65 — 2. 16 — 3 70. 37 15. 61 0. 59 — 2. 61 5. 37 0. 42 5. 04 — — 0. 46 4 4. 55 35. 82 — 0. 58 3. 91 5. 25 — 0. 41 2. 71 46. 77 — ·492·